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基于硅基微纳米混合结构的光控太赫兹调制技术研究

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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：张豪电子科技大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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%。

关键词：太赫兹波硅基微结构硅纳米线太赫兹调制太赫兹吸收

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二氧化钒对异向介质太赫兹调制特性的研究

宜春学院学报 2013年第12期35卷 5-7页

作者：余萍熊狂炜华东交通大学基础学院应用物理系江西南昌330013

异向介质是由在介质衬底表面上周期分布的金属开口环组成,它的特性很大程度上取决于开口环的结构特性。金属开口环的谐振特性和组成材料的介电常数有很大的关系,可以通过改变电容或电感来达到调制的效果。研究中在开口缝隙处插入可以发... 详细信息

异向介质是由在介质衬底表面上周期分布的金属开口环组成,它的特性很大程度上取决于开口环的结构特性。金属开口环的谐振特性和组成材料的介电常数有很大的关系,可以通过改变电容或电感来达到调制的效果。研究中在开口缝隙处插入可以发生绝缘-金属相变的二氧化钒(VO2)薄膜,用CST软件进行仿真,可以看到有明显的调制现象。另外,通过仿真还表明VO2薄膜厚度在0.1μm以上能达到更好的调制效果。

关键词：异向介质金属开口环二氧化钒太赫兹调制

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基于铁电材料和超表面对太赫兹波的调制研究

基于铁电材料和超表面对太赫兹波的调制研究

作者：周思延华中科技大学

学位级别：硕士

太赫兹调制器是太赫兹波应用领域的重要器件。铁电材料作为一种介电特性可通过光场或电场调控的电介质,为太赫兹功能器件提供了新的选择。另外超表面由于其独特的光学特性,在太赫兹器件上也得到了一定的应用,并促进太赫兹技术的发展。... 详细信息

太赫兹调制器是太赫兹波应用领域的重要器件。铁电材料作为一种介电特性可通过光场或电场调控的电介质,为太赫兹功能器件提供了新的选择。另外超表面由于其独特的光学特性,在太赫兹器件上也得到了一定的应用,并促进太赫兹技术的发展。本文主要研究了硅基钛酸钡(BTO)和钛酸锶(STO)薄膜在太赫兹波段的介电调制性能,以及硅基超表面对太赫兹波的调制。研究内容如下:(1)介绍了硅基BTO薄膜的制备过程。利用太赫兹时域光谱系统采集了样品在波长为1064 nm的外加光场作用下的时域光谱,通过计算得到不同功率光场作用下的BTO薄膜的复介电常数。实验结果表明,当光功率从0 mW调至450 mW时,硅基BTO薄膜的介电常数实部的调制度最高可以达到74%。(2)比较了硅基BTO、STO单层薄膜以及BTO/STO多层薄膜样品在功率可调的外加光场作用下对太赫兹波的调制性能。实验结果表明,上述三个薄膜样品的透过率均随着外加光场功率的增加而减小,且调制度分别达到29.12%,14.03%和28.43%。(3)从理论上和实验上研究了一种基于等离子体诱导透明的超表面太赫兹调制器。实验结果发现,在透射谱中有两个谐振峰和一个明显的透明窗口。并且随着外加光场功率的增大,超表面的谐振峰出现蓝移。

关键词：太赫兹调制铁电薄膜太赫兹超表面光折变效应介电性能

基于CTNA复合陶瓷的太赫兹波调制特性研究

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基于CTNA复合陶瓷的太赫兹波调制特性研究

作者：石松杰华中科技大学

学位级别：硕士

太赫兹调制技术是太赫兹科学研究领域热点之一,基于复合陶瓷的调制器在微波波段已经有广泛的应用,但是在太赫兹领域研究还较少。本论文主要研究的就是xCaTiO-(1-x)NdAlO复合陶瓷在太赫兹波段的介电特性,以及基于该复合陶瓷的可调制超材... 详细信息

太赫兹调制技术是太赫兹科学研究领域热点之一,基于复合陶瓷的调制器在微波波段已经有广泛的应用,但是在太赫兹领域研究还较少。本论文主要研究的就是xCaTiO-(1-x)NdAlO复合陶瓷在太赫兹波段的介电特性,以及基于该复合陶瓷的可调制超材料吸收器研究。使用固相反应法制备xCaTiO-(1-x)NdAlO复合陶瓷,使用太赫兹时域光谱仪研究该样品太赫兹波段介电特性,使用基于时域有限积分的CST软件对吸收器进行仿真实验研究,主要研究结果如下:(1)通过外加532 nm泵浦光研究0.45CaTiO-0.55NdAlO复合陶瓷太赫兹波段调制特性。光强350 mW时样品介电常数实部调制深度达到10.5%,折射率变化量与外加光强呈正比关系,这些现象的原因是外加光场下载流子在材料内部重新分布形成内建电场。xCaTiO-(1-x)NdAlO复合陶瓷介电常数实部会随着x的增大而增大,且样品介电常数调制度也会随着x增大增加。(2)基于0.45CaTiO-0.55NdAlO复合陶瓷设计了一种太赫兹波段超材料吸收器,在0.73 THz处吸收器的吸收峰值达到了98%。其原因在于Mie谐振造成的电磁吸收。还研究了结构参数对吸收器的影响,发现随着吸收器单元高度降低吸收峰向高频方向移动,与Mie谐振理论相吻合,且改变周期单元距离也会对吸收峰产生影响。模拟外加光场对吸收器的影响,发现随着外加光强增加吸收器吸收峰向低频方向移动,显示吸收器拥有一定的光控可调谐能力。

关键词： CTNA复合陶瓷太赫兹光谱太赫兹调制超材料吸收器

基于钙钛矿连续域束缚态超材料的太赫兹波调制特性研究

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基于钙钛矿连续域束缚态超材料的太赫兹波调制特性研究

作者：刘鉴辉华中科技大学

学位级别：硕士

太赫兹波凭借其特殊的性质,在信息通信技术、生物学和医药科学、无损检测、和基础科研等领域具有广阔的应用前景。太赫兹技术的快速发展需要更高效的太赫兹调制器件作为支撑。钙钛矿材料具有优异的光电性能,而且制备容易,工艺成本低,在... 详细信息

太赫兹波凭借其特殊的性质,在信息通信技术、生物学和医药科学、无损检测、和基础科研等领域具有广阔的应用前景。太赫兹技术的快速发展需要更高效的太赫兹调制器件作为支撑。钙钛矿材料具有优异的光电性能,而且制备容易,工艺成本低,在多个领域具有重要应用。超材料作为一种周期性的人工材料,可以实现很多天然材料所不具备的特殊性质。本论文主要研究基于钙钛矿和连续域束缚态超材料的太赫兹调制器,通过外加激光泵浦实现了对太赫兹波的动态调制。主要研究内容如下:(1)研究了双开口谐振环在不同对称度下对连续域束缚态的影响,当结构的不对称度逐渐增大时,连续域束缚态会逐渐向准连续域束缚态转化。主要原因为当双开口谐振环的左右两个开口上下移动时,上下金属臂中的反向表面电流强度存在差异,导致原本的暗模与辐射模发生耦合。(2)研究了CsMAFAPbI钙钛矿薄膜的材料特性,在1064 nm连续激光泵浦下,样品对太赫兹波的透过率随着泵浦光强的增大而逐渐降低,在0.3 THz处的调制度达到了78.8%。这主要是由于在外加连续激光的激励下,钙钛矿薄膜会激发出光生载流子,载流子浓度增加导致钙钛矿薄膜的电导率上升,最终实现对太赫兹波的调制。并通过光整流探测的太赫兹时域光谱系统得到CsMAFAPbI钙钛矿的载流子寿命约为280 ps。(3)研究了基于CsMAFAPbI/超材料/二氧化硅结构的太赫兹波超快调制器件,在中心波长800 nm的飞秒激光脉冲泵浦作用下的太赫兹调制特性。通过载流子复合动力学对光整流探测的太赫兹时域光谱系统的实验结果进行拟合分析,CsMAFAPbI/超材料/二氧化硅调制器可以在410 ps间隔实现对太赫兹波的超快调制。

关键词：太赫兹调制超材料钙钛矿连续域束缚态对称性

基于钙钛矿/铌酸锂等离子体诱导透明太赫兹波调制特性的研究

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基于钙钛矿/铌酸锂等离子体诱导透明太赫兹波调制特性的研究

作者：蒋佳明华中科技大学

学位级别：硕士

太赫兹调制是太赫兹通信的关键技术之一。研制和开发高性能的太赫兹波调制器件,实现对太赫兹波高效的操控是当前太赫兹通信技术发展中迫切需要解决的问题。结合铁电材料所具有的光电响应和瞬态响应特性,本论文以等离子体诱导透明理论为... 详细信息

太赫兹调制是太赫兹通信的关键技术之一。研制和开发高性能的太赫兹波调制器件,实现对太赫兹波高效的操控是当前太赫兹通信技术发展中迫切需要解决的问题。结合铁电材料所具有的光电响应和瞬态响应特性,本论文以等离子体诱导透明理论为基础,设计并研究了基于铌酸锂及钙钛矿薄膜的太赫兹超材料调制器件。主要研究内容如下:（1）研究了等离子体诱导透明的基本原理,并利用耦合洛伦兹模型解释了等离子体诱导透明调制的原因。另外探究了铁电材料的介电响应理论,为后文分析铌酸锂介电常数在激光泵浦下发生改变的原因提供理论基础。（2）研究了在1064nm激光泵浦下铌酸锂的介电特性及基于等离子体诱导透明的铌酸锂太赫兹超材料调制器。实验结果表明,随着泵浦光强的增大,调制器的透明窗口逐渐减小,透明窗口处的最大调制度达27%。通过耦合洛伦兹模型分析了透明窗口减小的原因,主要是由铌酸锂的光热效应和铁电极化效应引起的。（3）研究了在1064nm激光泵浦下钙钛矿/铌酸锂的调制特性及基于等离子体诱导透明的钙钛矿/超材料/铌酸锂太赫兹调制器。实验结果表明,随着泵浦光强的增大,调制器的透明窗口逐渐消失,透明窗口的最大调制度达77%。通过铌酸锂与钙钛矿薄膜的介电常数分析了透明窗口消失的原因,主要是介电常数的变化影响了超材料结构间的耦合引起的。

关键词：太赫兹调制等离子体诱导透明超材料铌酸锂钙钛矿薄膜

基于光混频器件的太赫兹波调制技术与太赫兹波滤波技术研究

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基于光混频器件的太赫兹波调制技术与太赫兹波滤波技术研究

作者：姜银利华中科技大学

学位级别：硕士

与微波通信相比,太赫兹波具有更大的传输带宽、更小的天线尺寸、高抗干扰性等优点,适合应用于短距离高速通信、太赫兹空间通信和军事保密通信等领域,而太赫兹波的调制、滤波、控制技术是太赫兹信息技术得以发展的关键。在太赫兹通信中... 详细信息

与微波通信相比,太赫兹波具有更大的传输带宽、更小的天线尺寸、高抗干扰性等优点,适合应用于短距离高速通信、太赫兹空间通信和军事保密通信等领域,而太赫兹波的调制、滤波、控制技术是太赫兹信息技术得以发展的关键。在太赫兹通信中,如何将高速信息加载到太赫兹载波上,是亟待解决的问题。本文基于光混频太赫兹波源设计了一个高速的太赫兹波调制方案。通过两个高速的马赫-曾德调制器,对辐射源的激射光信号进行强度调制,从而间接实现对太赫兹波的调制。本文从理论上对太赫兹波辐射的调制过程进行了详尽的推导并进行了相应的数值分析。结果表明该方案能够将高速调制信息加载到太赫兹载波,且该系统具有调制带宽大、调制速率高、调谐范围宽等优点,调制深度可以达到100%,能够实现高速的太赫兹通信。太赫兹波滤波器也是太赫兹通信领域至关重要的器件,利用一维光子晶体中的缺陷模可以实现太赫兹波的窄带滤波,我们通过传输矩阵方法研究了一维光子晶体的太赫兹波滤波性质。通过数值模拟,分析了晶格周期、入射角、缺陷层折射率、消光系数及厚度对缺陷模的透射峰中心频率及强度的影响。证明通过改变太赫兹波入射角或者改变缺陷层的折射率、消光系数、厚度,可以实现太赫兹波透射频率的调谐,从而应用于可调谐太赫兹滤波。此外,我们基于液晶材料作为缺陷层,设计了一种太赫兹光开关,模拟结果证明通过设计器件的结构参数,该开关的消光系数可以达到70dB以上。

关键词：光混频太赫兹通信太赫兹调制太赫兹波滤波太赫兹光开关

PtSe_(2)薄膜的时间分辨太赫兹光谱特性研究(特邀)

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光子学报 2021年第8期50卷 92-99页

作者：戴子杰康黎星龚诚刘政刘伟伟南开大学现代光学研究所天津300350 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室天津300350 南洋理工大学材料科学与工程学院新加坡639798 江苏大学微纳光电子与太赫兹技术研究院江苏镇江212013

基于时间分辨太赫兹光谱技术,研究了不同厚度的二硒化铂(PtSe2)薄膜在太赫兹波段的光学特性。实验结果表明,当泵浦光功率从0增强至2540μJ/cm2时,11 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐增大,透射太赫兹信号强度减小;而197 nm-PtSe2薄膜的电导率... 详细信息

基于时间分辨太赫兹光谱技术,研究了不同厚度的二硒化铂(PtSe2)薄膜在太赫兹波段的光学特性。实验结果表明,当泵浦光功率从0增强至2540μJ/cm2时,11 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐增大,透射太赫兹信号强度减小;而197 nm-PtSe2薄膜的电导率逐渐减小,透射太赫兹信号强度增大。由此构造的光控太赫兹调制器件的调制速度约为14 ps,工作带宽为0.2-1.8 THz,调制深度为15%-35%。研究证明PtSe2薄膜材料在高速光控太赫兹器件领域具有应用潜力。

关键词：太赫兹时间分辨超快二硒化铂太赫兹调制

铌铟镁酸铅–钛酸铅单晶的太赫兹传输特性研究

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硅酸盐学报 2018年第1期46卷 53-58页

作者：吴丰民高敏贺训军林炜鹏姜久兴哈尔滨理工大学应用科学学院

通过太赫兹时域光谱技术对新型准同型相界组分的三元系弛豫铁电单晶铌铟镁酸铅–钛酸铅[0.24Pb（In1/2Nb1/2）O3–0.43Pb（Mg1/3Nb2/3）O3–0.33PbTiO3（0.24PIN–0.43PMN–0.33PT）]进行测试,并采用时域有限差分法（FDTD）,研究了不同... 详细信息

通过太赫兹时域光谱技术对新型准同型相界组分的三元系弛豫铁电单晶铌铟镁酸铅–钛酸铅[0.24Pb（In1/2Nb1/2）O3–0.43Pb（Mg1/3Nb2/3）O3–0.33PbTiO3（0.24PIN–0.43PMN–0.33PT）]进行测试,并采用时域有限差分法（FDTD）,研究了不同厚度和不同电场诱导下单晶的THz波介电调制特性。结果表明：在0.1～1.0 THz频率范围内,厚度和电场都是影响材料介电调制性能的主要影响因素。在0.325 THz处,厚度分别为3、5和7μm时,对应的THz波调制深度分别为31.4%、43.7%和49.9%;在不同电场条件下,在0.543 THz处,调制深度达到了18.3%,而在0.903 THz处,调制深度达到了23.7%。

关键词：太赫兹调制铌铟镁酸铅-钛酸铅单晶介电常数铁电晶体