[发明专利]基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法

说明书

本公开公开了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法，包括：衬底，衬底上方设有圆形微盘，圆形微盘上设有矩形槽，矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方；太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，谐振频率发生改变，太赫兹波通过圆形微盘从基底下表面输出。

技术领域

本公开涉及太赫兹通信技术领域，特别是涉及基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

近年来太赫兹技术不断发展，太赫兹技术作为新兴科学技术领域中极为重要的前沿技术，其应用涉及到各个领域，例如：太赫兹通信、太赫兹大气监测、太赫兹成像、太赫兹安检等。太赫兹开关是太赫兹系统中的重要功能器件，该器件为太赫兹信号和另一个携带信息的物理量(如电信号、光信号等)之间的衔接提供了有效的接口。在实际应用中，开发高性能太赫兹开关面临的主要挑战仍然是找到一种材料或者结构，使得其电磁特性对外部条件高度敏感。到目前为止，在太赫兹通信技术领域中对太赫兹开关的研究主要集中在由金属和光敏介质构成的超材料结构，然而这类太赫兹开关的性能通常较为低劣，例如开关速度较慢、需要较大的开关电压(电激励类型)或泵浦光功率(光激励类型)等。

一些科学家已经利用开口谐振环形式的金属结构制备太赫兹开关，开口谐振环的共振强烈依赖于填充到狭缝开口中半导体材料的特性，依据这一特点，他们设计并通过静电激励方法或光泵浦技术验证了太赫兹开关。

另外，还有研究人员同样利用泵浦光可以有效调谐半导体载流子浓度的特性，在太赫兹超材料中实现电磁诱导透明现象的模拟并对其进行有效控制。由于金属的厚度较薄，沉积到狭缝中的半导体介质有效体积小，并且引入的半导体材料具有较高的折射率，这也会进一步降低本来就小的谐振品质因子。在这两种因素的影响下，对太赫兹波的传输进行明显的开关或调制效应需要较大的静电偏置电压或者高激光泵浦功率。例如，为了改变太赫兹波通过超材料的透过率幅度大于50％，当样品直径为1cm时，所需要的激光泵浦功率大约为500mW，这大幅度超出了在实际光通信网络中所需激光功率的典型值。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法；基于对称性破坏的半导体微盘阵列结构和光学泵浦的方法，利用该微盘阵列所支持的新型谐振模式，在超低光泵浦功率下就可以改变半导体微盘内光生载流子的浓度，进而影响半导体材料在太赫兹波段的折射率，最终改变谐振频率处太赫兹辐射的透过率。

第一方面，本公开提供了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关；

基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关，包括：

衬底，所述衬底上方设有圆形微盘，所述圆形微盘上设有矩形槽，所述矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方；

通过激光是否照射到圆形微盘上，来决定太赫兹波是否通过圆形微盘，以实现对太赫兹波的开或关。

太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：

当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；

当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，谐振频率发生改变，这样原本不能通过圆形微盘的太赫兹波，就能通过圆形微盘从基底下表面输出。