[发明专利]一种基于掺杂硅的光调制太赫兹宽带吸波器

说明书

本发明公开了一种基于掺杂硅的光调制太赫兹宽带吸波器，包括三层结构，由下至上依次为：硅衬底层、超材料层和光泵浦源，所述硅衬底层和超材料层均为掺硼的p型硅材料，所述超材料层由单元结构阵列组成，单元结构阵列在xoy平面内周期性的排列在所述硅衬底层，太赫兹波入射到所述吸波器上，被耦合进吸波器并激发电磁共振，实现对太赫兹波的宽带吸收，所述光泵浦源产生泵浦光束，正入射到所述硅衬底层和超材料层上，改变掺杂硅的载流子浓度，实现吸波器对太赫兹波的吸收频带、吸收率的调制功能；本发明结构简单，材料单一，易于加工，对太赫兹波吸收率较高，吸收带宽较宽，具有光调制功能，可广泛应用于成像、隐身、通信、太赫兹检测等多个领域。

技术领域

本发明涉及一种基于掺杂硅的光调制太赫兹宽带吸波器，属于太赫兹波段吸波技术领域。

背景技术

随着社会的发展以及技术工艺的成熟，吸波器在成像、光探测、无线通信、军事隐身、生物传感等领域应用越来越广泛。

2018年8月23日，南京邮电大学提出了申请号为201810965018.3的“一种多层结构的极化不敏感的超宽带太赫兹吸波器”，包括底层反射板及其上方设置的经过裁剪的介质基板，所述介质基板上方设置有由一层金属贴片组成的第一谐振单元，所述介质基板内部镶嵌有由两层金属贴片组成的第二谐振单元，该发明通过多层结构设计，运用金属做为谐振材料，通过层与层之间的相互谐振以到达宽带的吸收效果，该吸波器采用多层结构之间的相互谐振来产生吸收，结构复杂，且介质基板上方设置有一层金属贴片，内部镶嵌有两层金属贴片，形状特殊，对加工尺寸的精度及加工工艺的要求较高，不易实现；2018年10月23日，江南大学提出了申请号为201811236538.7的“一种实现石墨烯在可见光波段吸波方法及吸波装置”，该吸波器具有周期性的多刻槽结构，其结构的基本单元由多个宽度相同、深度不同的窄金属刻槽构成，刻槽及其上方填充介质覆盖层，石墨烯沉积于介质覆盖层上方，针对TM偏振入射光波，由于刻槽的腔共振效应，不同深度的刻槽对应不同的石墨烯光吸收波长，多个不同深度刻槽的组合可以实现石墨烯在可见光波段的宽带吸收，这种方法实现的吸波器吸收率虽然有80％，但主要取决于石墨烯材料本身的光吸收效率(高达60％)，而石墨烯层较薄，材质脆，易被破坏，进而影响吸波器的吸波性能，且该方法实现的吸波器由多个宽度相同、深度不同的窄金属刻槽构成，结构复杂，制作工艺繁琐，要求加工精度高；2018年5月7日，厦门大学提出了申请号为201810425436.3的“一种频率可调的石墨烯宽角度太赫兹吸波器”，是一种5层结构器件，从上至下依次为：上石墨烯条带层、上介质层、下石墨烯条带层、下介质层和金属衬底层，设计结构中的厚金属层对电磁波入射相当于镜面反射抑制电磁波的透射，通过上下石墨烯层同时激励起相互耦合的太赫兹局域表面等离激元谐振的方式，实现对入射太赫兹波的吸收，同时通过调节石墨烯层的化学势改变石墨烯表面等激元的束缚性能，从而实现频率可调，该吸波器只能对0.5THz窄带太赫兹波具有80％吸收率，无法实现宽带吸收，且该吸波器由多层结构组成，通过外加电压来改变石墨烯层的化学势实现吸波器的调制功能，结构复杂，加工难度大。

发明内容

为了克服现有的吸波器结构复杂、加工难度大、吸收率低、吸收带宽窄，本发明提供了一种基于掺杂硅的光调制太赫兹宽带吸波器，以解决上述现有技术存在的问题，使吸波器的结构简单，加工难度低，提高了吸波器的吸收率及吸收带宽，并具有光调制性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种基于掺杂硅的光调制太赫兹宽带吸波器，包括三层结构，由下至上依次为硅衬底层、超材料层和光泵浦源；所述超材料层由单元结构阵列组成，在xoy平面内周期性的排列在所述硅衬底层上；当太赫兹波入射到吸波器时，被耦合进吸波器中并激发电磁共振，实现对太赫兹波的宽带吸收，光泵浦源产生泵浦光束，正入射到硅衬底层和超材料层上，改变掺杂硅的载流子浓度，实现吸波器吸收频带、吸收率的光调制功能。

优选的，所述硅衬底层的材质为掺硼的p型硅，在一个周期内，硅衬底层在x方向和y方向上的周期长度相等。