[发明专利]一种基于模式耦合的太赫兹调制器

说明书

技术领域

该发明属于电磁功能器件技术领域，同时也属于包括调制器、滤波器、光导开关等在内的 通信器件领域。

背景技术

太赫兹调制器作为太赫兹无线通信系统的核心器件，成为近年来太赫兹动态器件领域的研 究热点。太赫兹调制器可通过人工微结构与半导体材料相结合构成，通常是在半导体材料衬底 上光刻一层人工微结构金属薄膜，在温度、光照以及电压激励条件下实现对太赫兹波的动态控 制。该方案充分利用了人工微结构的频率响应特性和半导体材料的动态特性，是一种复合型结 构方案。该方案所制备的太赫兹调制器虽然具备使用灵活方便、实现方式简单等优点，但同时 也存在一些不足之处。首先，目前国内外采用的复合结构中的半导体材料通常为体材料，体材 料会引入较大的寄生参量从而不利于调制速率的提高；其次，复合结构中的人工微结构通常为 宽带谐振器，Q值较低不利于抑制带外杂波。最后，目前采用的人工微结构振荡模式多为LC 振荡和偶极振荡，导致器件灵敏度不高调制深度有限。随着太赫兹无线通信系统的不断发展， 对调制器速率和效率提出了越来越高的要求，本发明针对这一需求，设计出了一种基于模式耦 合的太赫兹调制器，很好的解决了调制速度与调制深度问题。

发明内容

该发明基于模式耦合人工微结构，改进设计一种具有动态可调电磁感应透射窗的太赫兹调 制器，增大太赫兹波段调制器件的调制速度与调制深度。

本发明详细技术方案为一种基于模式耦合的太赫兹调制器,该调制器包括:衬底、明模谐振 单元、暗模谐振单元、动态区，其中明模谐振单元、暗模谐振单元、动态区是位于衬底上的平 面结构；明模谐振单元为两个结构相同、开口相对的“U”形振子；暗模谐振单元为带开口的 环形结构，该开口朝向其中一个“U”形振子，所述暗模谐振单元设置于明模谐振单元的中心 位置；动态区设置于暗模谐振单元的开口处，通过对动态区域的进行通断控制，实现对垂直穿 过该器件太赫兹波的动态实时调制。

所述明模谐振单元、暗模谐振单元材料为为金、银、铜、铝；所述衬底材料为硅、蓝宝石、 石英、砷化镓、碳化硅。

所述动态区材料为相变材料或超导材料,通过温度控制该区域的通断。

所述动态区材料为掺杂硅或掺杂砷化镓，通过光控制该区域的通断。

所述动态区材料为HEMT、石墨烯或铁电材料，通过电控制该区域的通断。

与其它太赫兹波段动态器件相比，本发明具有以下优点：(1)本发明是人工微结构与动态 半导体材料相结合的新型复合结构，是作为太赫兹空间外部调制器进行工作的，可工作于常温、 常压、非真空环境下，易于封装、方便使用。(2)模式耦合人工微结构利用了电磁诱导透明这 一物理现象进行设计组合，具备丰富的物理意义与实际应用价值。(3)电磁诱导透射窗具有很 高的Q值，因而有很好的频率选择特性与灵敏度。(4)利用动态半导体材料对暗模工作模式进 行控制，实现了电磁感应透射窗的大幅度调制。(5)本发明为二维平面结构，相比于立体结构 而言该结构可通过微细加工实现，工艺成熟、易于制备。

附图说明

图1为所发明模式耦合太赫兹调制器单元的结构示意图。

图2为明模谐振单元与暗模谐振单元设计原理图。

图3为所发明模式耦合太赫兹调制器的仿真结果图。

具体实施方式