[发明专利]一种基于有机聚合物薄膜的太赫兹波调制器

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹光谱、通信和成像领域，涉及一种基于有机聚合物薄膜的太赫兹波调制器。

背景技术

太赫兹是指频率段在0.1THz到10THz的电磁辐射波。这一波段介于微波与光波之间，是电子学与光子学的交叉领域。太赫兹波由于具有瞬态性、低能性和相干性等独特性质，在无损检测、无线通信、军用雷达、医疗卫生等众多领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。近年来，众多研究小组开展了太赫兹无线通信领域的研究。太赫兹波由于其所属频段的特点，使得太赫兹无线通信具有频段资源丰富、保密性好、抗干扰强等特点，其传输速率可达1-24Gbps。因此，以太赫兹波作为通信载体的新型通信系统正成为国内外研究的重点，而太赫兹调制器是太赫兹通信系统的核心器件，用于对太赫兹波进行调制。

近年来，多种太赫兹调制器被提出，包括光子晶体、半导体硅、超材料、量子阱、石墨烯等太赫兹调制器。太赫兹调制器按调制方式可以分为调幅、调频和调相；按控制方式可以分为电控、磁控、热控、光控等类型。太赫兹调制器的关键指标有：工作带宽、工作频率、调制速率、调制深度、传输损耗等。目前，太赫兹调制器的结构则集中在亚波长孔阵列、光子晶体柱阵列、电磁共振器阵列、肖特基栅阵列等。其中，CN103364973A介绍了一种在聚酰亚胺材料表面沉积VO2或者V2O5金属钒纳米薄膜，利用这种材料的相变特性制作而成的太赫兹调制器，其调制深度达到了40％。日本和韩国的科学家则使用Si做为基底，利用热蒸镀法在表面附着一层纳米级厚度的有机材料(CuPc)薄膜，这种调制器的调制深度可达55％以上，但制作成本非常昂贵[Hyung Keun Yoo，APL，99,061108，2011]。

目前，太赫兹调制器存在以下问题：工作频率低，且工作带宽窄，一般只有几个GHz；调制深度低，信噪比差，一般在55％左右；调制速率低，一般在MHz量级；器件制造成本高，材料费用高、加工复杂。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于有机聚合物薄膜的太赫兹波调制器及其制备方法。

一种基于有机聚合物薄膜的太赫兹波调制器，包括介质基板和附着于介质基板表面的有机聚合物薄膜；所述介质基板是对太赫兹波具有高透过滤的硅材料；所述有机聚合物薄膜是由共轭聚合物材料利用旋涂法均匀旋涂在介质基板上形成的薄膜。

以上太赫兹波调制器，所述的介质基板为具有高阻抗值的硅基片，其阻抗值为1万欧母，厚度为0.1-2mm。

所述共轭聚合物材料选自MEH-PPV，聚2-(2-乙基已氧基)-5-甲氧基苯乙炔；PFO，聚(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基；F8BT，聚[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)-alt-(苯并[2,1,3]噻二唑-4,8-二基)]；P3HT，聚(3-己基噻吩-2,5-二基)中的一种。

所述有机聚合物薄膜的厚度为100-250nm。

一种基于有机聚合物薄膜的太赫兹波调制器的制备方法，将硅基片固定在匀胶机的旋转台上，设定旋转台的转速和旋转时间；将共轭聚合物材料溶液滴覆在硅基片上，开始旋转至停止；将旋涂好的硅基片真空干燥即得到产品基于有机聚合物薄膜的太赫兹波调制器。

其中：旋转台转速为800-2000转/分钟，旋转时间为60秒。

旋涂好的硅基片在80℃下真空干燥1小时。

具体的，一种基于MEH-PPV薄膜的太赫兹波调制器的制备方法：包括以下步骤：

步骤一、配制MEH-PPV溶液：使用型号为TCX-300S的超声波清洗机，将待用的溶液瓶在离子水中超声后，用清洁剂擦洗干净，然后分别用丙酮、乙醇和去离子水反复超声清洗，最后用氮气将溶液瓶吹干；称量定量的MEH-PPV絮状材料，配制成浓度为7mg/ml的MEH-PPV甲苯溶液；

步骤二、清洗硅基片：将选定厚度的硅基片在离子水中超声后，用清洁剂擦洗干净，然后分别用丙酮、乙醇和去离子水反复超声清洗，最后用氮气将基片吹干；

步骤三、旋涂：使用型号为KW-4A的匀胶机，将硅基片用吸压的方式固定在匀胶机的旋转台上，设定旋转台的转速为1000-2000转/分钟、旋转时间60秒；然后将MEH-PPV溶液滴覆在硅基片上，开始旋转；

步骤四、干燥成膜：将旋涂好的硅基片放入型号为DZF-6020的干燥箱内，在80℃下真空处理1小时，得到基片上覆有纯净、平整的薄膜的产品即基于有机聚合物薄膜的太赫兹波调制器。

其中步骤三滴覆在硅基片上MEH-PPV溶液量为100-150μl。