[发明专利]电调谐二氧化钒相变中红外调制器及中红外无线通讯系统

说明书

本发明属于光电子技术领域，公开了一种电调谐二氧化钒相变中红外调制器及中红外无线通讯系统，为多层膜结构，以二氧化钒作为电控相变材料；多层膜结构中最下层为铜层，最上层为金插指电极和接受天线，二氧化钒层在中红外调制器的中部，二氧化钒层与铜层之间为二氧化硅层。本发明在2.4伏特激励电压下，实现了对25.5THz中红外光反射率的调制，调制深度为30％；同时实现了对共振频率的调制，调制范围为3.5％。本发明的中红外调制器为层状结构，基于工艺成熟的氧化钒材料，制作简单、成本低，在较低的工作电压下即实现了对中红外光的调制，对于推进其实用化具有重要意义。

技术领域

本发明属于光电子技术领域，尤其涉及一种电调谐二氧化钒相变中红外调制器及中红外无线通讯系统。

背景技术

中红外(波长3-30微米)是电磁波谱当中重要的频谱资源，波长3-30微米波段具有分子强特征吸收、热体辐射以及大气透明窗口等独有的特征，使得中红外技术在无线宽带通讯、高灵敏物质检测、大气污染监控、分子光谱研究、无损伤医学诊断、目标探测、卫星遥感等领域具有广阔应用前景。调制器是中红外技术系统中的一项关键器件，尤其在中红外无线通讯、高灵敏分子检测等领域具有重要的应用价值。

由于缺乏合适的光电材料，高效紧凑的中红外调制器研制一直是中红技术领域的瓶颈难题。现有技术的一种实现方案是基于Ge声光材料的声光调制器，其装置体积庞大，调制速率受限于MHz量级，无法满足实际应用要求。此外，目前见报道的还有基于石墨烯的中红外调制器。尽管目前已报道的石墨烯调制器具有高达95％的调制深度和20GHz的调制速率，但其工作电压高达20V以上，同时由于石墨烯材料属于近十年来才出现的新材料，其制备工艺昂贵、重复性差，器件性能的稳定性和高成本也限制了石墨烯调制器的应用发展。

综上所述，现有技术存在的问题是：由于在中红外波段缺乏成熟的光电材料，目前中红外调制器普遍存在工作电压高、体积大、制备技术复杂、成本高、稳定性差的问题，制约了中红外调制技术的实际应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明创造性将二氧化钒相变材料作为中红外调制材料，发明了一种基于氧化钒相变材料的中红外调制器。氧化钒是一种工艺简单、成本低、具有60多年历史的成熟材料，其常规的应用是红外探测器。本发明创新性将氧化钒用于中红外波的调制，实现了一种低成本、体积小、效率高的中红外调制器。

本发明是这样实现的，一种电调谐二氧化钒相变中红外调制器，所述电调谐二氧化钒相变中红外调制器为多层膜结构，以二氧化钒作为电控相变材料；

所述多层膜结构中最下层为铜层，最上层为金插指电极，二氧化钒层在中红外调制器的中部，二氧化钒层与铜层之间为二氧化硅层。最上层的金插指电极作为电极的同时，还起到作为天线接收中红外光的作用，巧妙地将电压加载方式和天线收集红外光的功能结合在同一结构。

进一步，所述铜层厚度为300nm；所述二氧化硅层厚度为100nm；所述二氧化钒层厚度为250nm；所述金叉指电极厚度为150nm。

进一步，所述金叉指电极的金属条阵列的金属条宽度2.5μm、金属条长度3.8mm、相邻金属条间距4.5μm、整体阵列大小4.0mm×4.0mm。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述电调谐二氧化钒相变的中红外调制器的中红外调制器等离子天线，所述中红外调制器等离子天线为金叉指电极的金属条阵列。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述电调谐二氧化钒相变的中红外调制器的中红外无线通讯系统。

本发明的另一目的在于提供一种使用所述电调谐二氧化钒相变的中红外调制器的高灵敏分子检测系统。