基于硅基微纳米混合结构的光控太赫兹调制技术研究

作     者：张豪 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：文岐业

授予年度：2019年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：太赫兹波 硅基微结构 硅纳米线 太赫兹调制 太赫兹吸收 

摘      要：太赫兹波（Terahertz,简称THz）是一个尚未完全开发的电磁波频段,因其具有独特的性质与良好的应用前景使得人们对其越来越重视。THz波频率较高,同时其光子能量较低,使得其在通信、医疗成像、生物安检、环境检测等领域具有非常好的实用价值。近年来,THz辐射源与THz探测传感器等收发器件的关键技术得到了解决,但于此同时必须看到,THz相关的吸收器、开关、谐振器、滤波器、天线、调制器等中间器件依然处于研究阶段,其中,应用于THz通信与THz成像系统的THz调制器更是THz相关领域研究中迫切需要解决的问题。本文提出了一种基于硅基微纳米混合结构的THz光控调制器,研究了其在激光作用下对THz波的调制性能。硅基微纳米混合结构由硅基微结构与硅纳米线两种硅基结构组合而成,其同时具有硅基微结构对THz波减反增透的特性和硅纳米线对可见光减反的特性。在不加激光时,硅基微纳米混合结构对THz波的透射在0.4 THz.85 THz频率范围内保持在75%以上,最高达到85%,远远高于普通高阻硅的67%;对可见光波段的减反测试表明,硅基微纳米混合结构对400 nm50nm的可见光反射率低于20%,表现出良好的减反特性;在808 nm激光照射下研究其对THz调制性能,1200 mW激光照射下,硅基微纳米混合结构最大调制深度达到42.5%,同时,通过对相同激光强度下不同样品调制深度与不同长度硅纳米线样品对可见光反射率曲线的对比,验证了其调制深度与其对可见光反射率成负相关;同时在808 nm激光下对硅基微纳米混合结构的THz空间调制性能进行了理论分析与实验验证,验证了硅基微纳米混合结构在THz调制过程中具有抑制载流子扩散,提高THz成像分辨率的作用;最后,基于硅基微纳米混合结构制备了两种可见光-THz波双频段吸收器,第一种吸收器由硅基微纳米混合结构生长Au层制备而来,它对太赫兹波的稳定吸收带宽为0.66 THz,在0.26 THz.92 THz频率范围内对太赫兹波具有74%以上的吸收率,在0.75 THz频率处达到吸收率峰值84.5%;第二种吸收器是在硅基微结构基础上进行掺杂得到低阻硅层,它对太赫兹波的稳定吸收带宽为0.74 THz,在0.16 THz.90 THz频率范围吸收率保持在35.2%以上,并且在0.69 THz达到吸收率峰值40.1%。