[发明专利]半导体太赫兹波光调制器

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术，以及太赫兹波调制和成像技术。

背景技术

太赫兹波是频率在10¹²赫兹的电磁波，处于远红外波段。历史上由于很难制造太赫兹波源，因此对于该频段的电磁波的研究十分滞后。近些年来，太赫兹波源的迅速发展，让太赫兹波技术的研究和运用得到了迅速的发展。经过探讨研究，人们发现太赫兹波在分子波谱、太赫兹成像、遥感和雷达、生物医学、国土安全和通讯中将会有非常重要的运用。目前，太赫兹波的产生、调制和探测还不成熟，还存在许多需要改进的地方，严重限制了太赫兹波相关技术的发展。太赫兹波调制器是通过外加激励信号来改变通过调制器的太赫兹波的强度和相位的器件。对于太赫兹波调制器，重要的技术参数包括调制速度、调制深度和调制的频带宽度。现目前太赫兹波的调制是通过改变半导体、石墨烯和其他材料的导电性质或者通过人工超材料来实现的。其中人工超材料的调制速度和深度比较大，可是带宽较窄，并且生产成本很高，在某些应用中会被限制。而通过改变材料导电性的太赫兹波调制是宽带调制。材料的导电性的改变和快速恢复可以通过：(1)在半导体中产生光生载流子，(2)通过石墨烯晶体管的门电压改变石墨烯的费米能级，(3)通过金属‐绝缘体相变改变材料的导电性。后两种方法都有他们的局限性，所以通过半导体的光生载流子来调制太赫兹波，是一种传统、简单、经济、有效、宽频段的太赫兹波调制方法。但是这种调制方法需要大功率的激光才能产生较大的调制深度，同时其调制速率现在还相对较低(100kHz到1MHz)间。

参考文献：

1.X.M.Lin,C.M.SorensenandK.J.Klabunde,JNanopartRes,2000,2,157‐164.

2.T.L.WenandS.A.Majetich,AcsNano,2011,5,8868‐8876.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够在低功率激光下具有较大光调制深度的半导体太赫兹波调制器。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，半导体太赫兹波光调制器，包括半导体，其特征在于，在所述半导体的受光面上分散设置有金属纳米颗粒，所述金属纳米颗粒的粒径为1～100nm，相邻颗粒间距1～5nm。

进一步的，所述金属纳米颗粒单层排布于半导体的受光面上。金属纳米颗粒的材质为金或银；

优选的，金属纳米颗粒的粒径为6nm，间距2nm。

金属纳米颗粒的表面带有表面活性剂。所述半导体为硅。金属纳米颗粒均匀排布于半导体的受光面上。

本发明的有益效果是，本发明通过小功率的激光就能让光生载流子浓度达到饱和值，适用于小功率激光获得大调制深度的应用。

附图说明

图1是半导体太赫兹波调制器的原理图。其中(a)为本发明，(b)为现有技术。

图2(a)是金纳米颗粒单层膜在硅片上的扫描电子显微镜图片。

图2(b)金纳米颗粒单层膜的紫外‐可见光光谱图。

图3是静态调制测试曲线图，其中(a),(b),(c)分别为不同调制激光功率下，透射过本征硅的太赫兹波的时域谱、频域谱和透射率，(d),(e),(f)分别为在不同激光功率下，透射过金纳米颗粒单层膜覆盖的本征硅的太赫兹波的时域谱、频域谱和透射率。

图4是动态调制测试曲线图，在100Hz方波激光的激励下，连续太赫兹波透过(a)本征硅，(b)金纳米颗粒单层膜覆盖的本征硅的响应太赫兹方波。(c)为两种调制器在不同激光功率照射下的调制深度，(d)为在不同激光功率下，金纳米颗粒单层膜对太赫兹波调制深度增强的倍数。

图5投射到样品上为激光点成像照片，其中(a)为采用本征硅，(b)为采用金纳米颗粒单层膜覆盖的本征硅。

图像的面积是6毫米X6毫米。

图6为太赫兹光调制系统结构示意图，系统由太赫兹源、太赫兹探测器、光调制信号和太赫兹调制器组成。

具体实施方式