[发明专利]一种基于钙钛矿的空间太赫兹调制器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于钙钛矿的空间太赫兹调制器及制备方法，通过利用钙钛矿材料具有较高的光电转换效率，在低功率泵浦光激励下即可产生大量光生载流子电子空穴对，为高效太赫兹调控奠定基础；而且由于石墨烯材料具有较高的迁移率，少量的电子与空穴注入，即会使石墨烯薄膜的载流子浓度与电导率显著增加，进而获得较高的太赫兹调制深度；本技术方案采用底部电子调制层与顶部空穴调制层的双层调制结构，充分利用电子与空穴在调制层的集聚效应，增加了光生载流子的利用效率，因而对太赫兹波具有更好的调制深度；此外，本基于钙钛矿的空间太赫兹调制器的结构简单，制作方便，适于推广应用。

技术领域

本发明涉及太赫兹波功能器件技术领域，尤其涉及的是一种基于钙钛矿的空间太赫兹调制器及制备方法。

背景技术

随着太赫兹波产生和探测技术的逐渐成熟，太赫兹成像技术得到了快速发展。由于太赫兹波具有宽带性、瞬态性、相干性、低能性、指纹谱特性，这些独特优势使得太赫兹波在无损检测、通信、药物检测、医学成像、安全检查等领域展现出巨大的应用潜力。

然而在太赫兹频段，绝大多数自然物质对太赫兹电磁波缺乏有效的电磁响应。基础材料的缺乏导致空间型太赫兹调制器在速率、深度、集成度和兼容性等方面均受到限制，这使得现有太赫兹调制器件的调制速度，调制幅度等主要技术参数均无法满足高速大幅度调制的需要。现有基于全光控调制技术的空间太赫兹调制器，虽然可以获得较高的调制深度与调制带宽，但是需要高功率的泵浦光激励，功耗较高，并且制备工艺复杂，调制速率低。

如专利201910048485.4公开了一种高效的钙钛矿超材料太赫兹调制器件及制备方法，主要解决现有太赫兹调制器件灵敏度低和制备工艺复杂的问题。如图1所示，太赫兹调制器件自下而上包括衬底1和周期性排布的铝开口谐振环单元2，每个铝开口谐振单元的开口为不对称分布的两个，其开口间隙为2-4μm，每个开口之间填充有厚度为40-80nm的钙钛矿材料3，铝开口谐振环单元2的表面也覆盖有同样厚度的钙钛矿材料，使用中，可通过光泵浦改变钙钛矿填充材料的电介质性质来改变等效电容，实现对太赫兹波段的谐振频率和振幅透过率调制。但是，上述太赫兹调制器件存在以下缺陷：结构复杂，需要进行繁复的光刻工艺与电极蒸镀制备工艺。由于采用超材料结构，其调制性能只能针对单一频点进行调控。其调制原理在于通过光泵浦改变钙钛矿填充材料的电介质性质来改变等效电容，实现对太赫兹波段的谐振频率和振幅透过率调制，但因其只在单一底部具有超材料谐振腔结构，未能充分利用钙钛矿材料的光生载流子，因而其调制性能有限。

因此，现有的技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于钙钛矿的空间太赫兹调制器及制备方法，使空间太赫兹调制器在低功率泵浦光下实现对太赫兹波的宽频、高深度调制。

本发明的技术方案如下：一种基于钙钛矿的空间太赫兹调制器，其中，包括由下至上依次设置的底部基底、底部电子调制层、电子传输层、钙钛矿材料层、空穴传输层、顶部空穴调制层、顶部基底。

所述的基于钙钛矿的空间太赫兹调制器，其中，所述底部基底采用石英基底、PET基底、PDMS衬底任一种制成。

所述的基于钙钛矿的空间太赫兹调制器，其中，所述底部电子调制层由石墨烯薄膜制成。

所述的基于钙钛矿的空间太赫兹调制器，其中，所述电子传输层采用TiO₂与ZnO中的任一种制成。

所述的基于钙钛矿的空间太赫兹调制器，其中，所述钙钛矿材料层具有ABX₃钙钛矿晶体结构。