[发明专利]基于SOI上硅基微结构的太赫兹调制器及系统和方法

权利要求书

1.一种基于SOI上硅基微结构的太赫兹调制器，其特征在于从下至上依次包括：底层的Al₂O₃衬底(12)、SiO₂隔离层(11)、硅基微结构(10)、Al₂O₃钝化层(9)，硅基微结构(10)在SiO₂隔离层(11)上周期性排列，每个硅基微结构(10)包括两层正方形Si基台阶结构，从上至下分别为上层Si基台阶(101)和下层Si基台阶(102)，上层Si基台阶(101)和下层Si基台阶(102)的中心对齐，上层Si基台阶(101)的边长小于下层Si基台阶(102)的边长；

硅基微结构(10)的两层正方形Si基台阶结构都为Si层，Si层电阻率大于3000Ω.cm，两层正方形Si基台阶结构的总厚度为90μm；

相邻两个硅基微结构(10)中心的间距为100μm，上层Si基台阶(101)边长66μm、高度为45μm，下层Si基台阶(102)边长为84μm、高度为45μm；

所述太赫兹调制器对太赫兹波束(7)的反射率在22％以下，最低达到18％。

2.权利要求1所述基于SOI上硅基微结构的太赫兹调制器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：利用电磁仿真软件对所述硅基微结构进行3D建模，模型总厚度为500μm，Si层厚度为90μm，设置好边界条件和求解器后，将两层正方形台阶的边长与台阶高度设置为变量进行扫描，以获得最佳的仿真参数，最终优化得到的最佳的参数为上层Si基台阶边长66μm，高度为45μm；下层Si基台阶边长84μm，高度45μm；

步骤二：清洗SOI基片：首先将SOI基片放入盛有丙酮的烧杯中超声清洗10-15min，然后再使用酒精超声清洗10-15min，最后使用去离子水超声清洗10-15min，清洗后的SOI基片再氮气吹干，烘箱中干燥；

步骤三：根据仿真计算得到的硅基微结构尺寸加工掩模版后，首先把SOI基片放入热氧化炉，采用干氧氧化方法生长3μm厚的二氧化硅掩膜层，然后利用半导体光刻工艺和ICP蚀刻方法对SOI衬底上的Si衬底进行深加工，先刻蚀Si层留下下层Si基台阶，再刻蚀制备出上层Si基台阶，形成具有双层正方形台阶的周期型硅基微结构；

步骤四：使用原子层沉积方法，在调制器件表面镀上一层20-30nm的Al₂O₃薄膜作为钝化层。

3.一种基于SOI上硅基微结构的光控太赫兹调制系统，其特征在于，包括：半导体激光器(3)、激光调制器(5)、太赫兹调制器(8)、太赫兹辐射源(1)、太赫兹探测器(2)，半导体激光器(3)通过光纤(4)连接激光调制器(5)，激光调制器(5)发出的激光波束(6)入射到太赫兹调制器(8)表面作为激励激光，太赫兹辐射源(1)和太赫兹探测器(2)位于太赫兹调制器的左右两侧，太赫兹辐射源(1)发出的太赫兹波束(7)垂直透过太赫兹调制器(8)后入射到太赫兹探测器(2)中，太赫兹波束(7)入射方向为太赫兹调制器(8)带有硅基微结构(10)的一侧，太赫兹辐射源(1)和太赫兹探测器(2)在水平方向对齐；

太赫兹调制器从下至上依次包括：底层的Al₂O₃衬底(12)、SiO₂隔离层(11)、硅基微结构(10)、Al₂O₃钝化层(9)，硅基微结构(10)在SiO₂隔离层(11)上周期性排列，每个硅基微结构(10)包括两层正方形Si基台阶结构，从上至下分别为上层Si基台阶(101)和下层Si基台阶(102)，上层Si基台阶(101)和下层Si基台阶(102)的中心对齐，上层Si基台阶(101)的边长小于下层Si基台阶(102)的边长；

所述半导体激光器(3)的输出波长为300nm～1000nm，激光强度为300mW以上；

激光调制器(5)对光纤输出的激光进行强度调制，产生强弱变化的调制激光，调制激光的峰值强度达到50mW/cm²以上，调制激光的光斑面积完全覆盖需要调制的太赫兹波束的面积；

光纤(4)采用与半导体激光器(3)相匹配的光纤，用于将半导体激光器(3)和激光调制器(5)相耦合。