[发明专利]硅基微纳米混合结构光控太赫兹波调制器及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201810054212.6 申请日: 2018-01-19
公开(公告)号: CN108254944A 公开(公告)日: 2018-07-06
发明(设计)人: 文岐业;金浓;朱韵樵;文天龙;杨青慧;陈智;冯正;谭为;张怀武 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: G02F1/01 分类号: G02F1/01
代理公司: 成都点睛专利代理事务所(普通合伙) 51232 代理人: 敖欢;葛启函
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 硅基 混合结构 微纳米 金字塔结构 太赫兹波源 调制 太赫兹波调制器 纳米孔洞结构 太赫兹探测器 激光功率 光控 制备 半导体激光器 波束 光纤调制器 太赫兹信号 工作频段 超宽带 调制器 插损 频段 入射 覆盖
【说明书】:

发明提供一种硅基微纳米混合结构光控太赫兹波调制器及其制备方法,包括硅基底、微米金字塔结构、纳米孔洞结构、半导体激光器、光纤调制器、太赫兹波源、太赫兹探测器,硅基底、微米金字塔结构、纳米孔洞结构构成硅基微纳米混合结构;太赫兹波源的太赫兹波束入射到微米金字塔结构上,太赫兹探测器用于接收太赫兹波源经过硅基微纳米混合结构的太赫兹信号;本发明的调制器可以工作在低至10mW/mm2的极低激光功率下,在300mW/mm2的激光功率下,器件最高调制深度可以达到95%;工作频段覆盖0.1‑1.5THz的超宽带太赫兹频段,具有很大调制速率(3MHz)的同时保持很大的调制深度和较小的插损。

技术领域

本发明属于太赫兹波应用技术领域,具体为一种硅基微纳米混合结构光控太赫兹波调制器及其制备方法。

背景技术

太赫兹(THz,1THz=1012Hz)波是指频率从0.1THz到10THz范围内的电磁波,它介于毫米波与红外光之间,波长在3mm到30um之间,处于从电子学向光子学的过渡区。THz波具有的独特的瞬态性、宽带性、相干性和低能性等众多优越性能。因此在短距离无线通信、卫星通信、医学成像、射电天文和遥感雷达等领域具有广阔的应用前景。其中太赫兹成像技术和无线通信技术是当前太赫兹最具潜力的两个应用领域。

由于太赫兹波的特殊性,自然界大多数的物质对太赫兹波都缺乏有效的电磁响应,而已有的微波和光学相应器件又很难直接应用到太赫兹波段,这导致对太赫兹波的调控十分困难。目前,太赫兹调制器是太赫兹技术链中的重要课题,已经成为制约太赫兹实际应用的主要技术障碍之一。国内外已经研究了多种材料在太赫兹波调制技术中的应用。包括半导体材料,相变材料,超导材料,液晶材料以及人工电磁超材料等等。

利用半导体实现太赫兹波调控的代表性的工作是2013年,首都师范大学张岩教授利用激光泵浦本征硅材料,实现了对太赫兹波的调控(文献“Z.W.Xie,Spatial TerahertzModulator,Scientific Reports,3:3347,2013)。光泵浦半导体硅的调制方式通常具有大幅度宽带调制特性,并且易于实现阵列式调控,是实现太赫兹空间阵列式成像的重要方式。但是,硅的折射率很高(nSi=3.4),对入射到硅片上的激光产生严重的反射(高达40%以上),尤其在短波长激光范围(≤700nm)其反射率更是高达60%,这需要很大的激光功率才能达到相对较大的调制深度。但是,大功率激光器不但增加了系统成本,而且很大的激光功率所产生的反射光会严重影响整个应用系统的稳定性和安全性,同时在Si片中所产生的热会使得Si调制器的性能发生变化。此外,受限于本征硅载流子寿命(10微秒以上),其调制速率较小,只有KHz量级。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述问题,提供一种硅基微纳米混合结构光控太赫兹波调制器及其制备方法。

为实现上述发明目的,本发明技术方案如下:

一种硅基微纳米混合结构光控太赫兹波调制器,包括硅基底、位于硅基底表面的微米金字塔结构、分布于微米金字塔结构表面的纳米孔洞结构、通过光纤连接光纤调制器的半导体激光器、用于输出调制激光束照射到微米金字塔结构上的光纤调制器,所述微米金字塔结构为四棱锥结构,所述硅基底、微米金字塔结构、纳米孔洞结构构成硅基微纳米混合结构;所述微米金字塔结构和纳米孔洞结构均是用湿法刻蚀方法在硅基底上依次刻蚀而成,二者属于同一硅材料;太赫兹波源产生的太赫兹波束入射到微米金字塔结构上,太赫兹探测器用于接收太赫兹波源经过硅基微纳米混合结构的太赫兹信号。

作为优选方式,所述硅基底采用本征硅或者高阻硅,其电阻率≥1000Ω.cm-1

作为优选方式,所述微米金字塔结构是对硅基底采用碱法刻蚀得到,特征尺寸为微米量级,金字塔结构的高度和底面边长均在5μm~15μm之间。

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