[实用新型]光控太赫兹波开关

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光控太赫兹波开关，属于太赫兹波应用领域。

背景技术

太赫兹（THz，1THz=1×10¹²Hz）波在电磁波谱中位于微波和红外辐射之间，其频率范围为0.1~10 THz。太赫兹波在电磁波谱中占有一个特殊的位置，具有透视性、安全性等一系列优越特性。太赫兹波独特的性质在物理、化学、信息和生物学等基础研究领域以及材料、通讯、国家安全等技术领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。

当前太赫兹波功能器件是太赫兹波科学技术应用中的重点和难点，现有的太赫兹波功能器件通常结构复杂、体积较大、价格昂贵，因此对小型化、低成本的太赫兹波器件的研究是太赫兹波技术应用中的关键。

太赫兹波开关是一种基础性的太赫兹波器件，在太赫兹波成像、太赫兹波波谱测试、太赫兹波通信等领域有着广阔的应用前景。现有的太赫兹波开关主要有机械式、电控式和光控式三种形式。

其中，机械式太赫兹波开关的消光比大但开关速度慢。

电控式主要有液晶式和超材料式两种，前者的消光比大但响应速度慢，后者的响应速度快但消光比小。电控材料与一维光子晶体结合成为一种新型的电控式太赫兹开关，其基本结构如图1所示。其中，开关主体为由两种材料的基片1’ 和2’ 交叠而成的一维光子晶体，中间的一块基片2’ 被电光晶体基片3’ 取代。两种材料的交叠使光子晶体产生禁带，禁止某段频率的太赫兹波通过晶体。当中间的一块基片2’ 被电光晶体基片3’ 取代时，禁带中的一些不连续的特定频率的太赫兹波就可以通过光子晶体，这些频率被称为缺陷模频率，基片3’被称作缺陷层。电光晶体基片3’ 的两端通过导线5’ 连接到控制器4’。改变电光晶体基片3’ 两端的电压，可以改变其折射率，从而使缺陷模频率产生偏移。当入射太赫兹波的频率固定且频带较窄时，便可以通过控制电光晶体基片3’ 两端电压的有无实现缺陷模的有无或频移，从而实现开关的开、关的功能。但是，由于电光晶体的折射率改变需要较高的电压，操作复杂危险，且较难实现快速转换。并且，当电压较小时，折射率的改变量小，频率移动小，很难得到高消光比的太赫兹波开关。

光控式太赫兹波开关的基本原理是通过控制半导体表面的光生载流子实现开、关操作，响应速度快，消光比高，同时又与现有通讯技术结合的最好。但目前的单片光控式太赫兹波开关需要较高的控制激光光功率才能实现开关操作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可在较低的控制用激光光功率下实现较高的开关消光比的实用的光控太赫兹波开关。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

本实用新型光控太赫兹波开关包括半导体基片、空气层和缺陷层，半导体基片的数量为2n个，n为整数且n≥2；所述缺陷层的两侧置有相同数量的所述半导体基片，且位于所述缺陷层的同一侧的相邻半导体基片之间通过支撑环分隔而形成所述空气层；所述缺陷层由空气构成。

进一步地，本实用新型中，与所述缺陷层最相邻的其中一个所述半导体基片的朝向缺陷层的表面为激光光束的入射面，所述激光光束用于关闭所述开关。

进一步地，本实用新型所述的n≥3。

进一步地，本实用新型所述半导体基片的数量为6个。

进一步地，本实用新型所述缺陷层的厚度为1mm~30mm。

进一步地，本实用新型所述半导体基片为高阻硅、砷化镓或磷化铟。

进一步地，本实用新型所述半导体基片的数量为6个，所述缺陷层的厚度为1mm~30mm，与所述缺陷层最相邻的其中一个所述半导体基片的朝向缺陷层的表面为激光光束的入射面，所述激光光束用于关闭所述开关。

本实用新型光控太赫兹波开关在开关操作过程中，缺陷模频率不变，通过直接改变对太赫兹波的吸收强度实现开关功能。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）本实用新型光控太赫兹波开关可以通过调节缺陷层的厚度来调节开关所作用的太赫兹波的频率，缺陷层变厚时，作用频率变小；缺陷层变薄时，作用频率变大，因而可以通过调节缺陷层3的厚度改变本实用新型开关的作用频率。

（2）本实用新型可通过调节缺陷层3的厚度改变开关的作用频率，因此本实用新型太赫兹波开关适应性较强，应用面较广。

（3）本实用新型光控太赫兹波开关使用激光改变一维光子晶体对于开关所作用的太赫兹波频率的透过率，从而避免了复杂危险的高压操作，方便实用。相比于现有的由单片半导体基片构成的光控太赫兹波开关，本实用新型光控太赫兹波开关对激光光功率更敏感，实现开关操作时所需要的激光光功率降低了50倍左右。