[发明专利]基于相变材料阻抗匹配的高效太赫兹动态调控装置及方法

说明书

本发明提供了一种基于相变材料阻抗匹配的高效太赫兹动态调控装置及方法。所述装置包括基底、相变材料层和相变激发单元，其中，所述基底具有彼此相背的第一表面和第二表面，第一表面朝向太赫兹波入射的方向设置；所述相变材料层能够从绝缘相转变为金属相，并结合在基底的第二表面上；所述相变激发单元产生激发条件以使相变材料层分别从绝缘相转变为阻抗匹配状态、以及从阻抗匹配状态转变为金属相，所述阻抗匹配状态发生在基底/相变材料层/空气界面。所述方法利用激发条件使相变材料层能够在阻抗匹配状态与绝缘相或金属相之间切换，从而能够实现对太赫兹波的反射波进行高效、快捷的调控，且具有优良的电场振幅调制深度。

技术领域

本发明涉及太赫兹波振幅调控技术领域，更具体来讲，涉及一种能够具有高效太赫兹振幅动态调控效果、甚至于优良的电场振幅调制深度的太赫兹动态调控装置及方法。

背景技术

太赫兹(THz)波覆盖从红外至微波频段之间的广阔带宽范围，并已通过太赫兹频谱被证明有诸多优势，特别对诸如开关、调制器和记忆存储器件等智能太赫兹器件具有重要作用。对于这些设备来说，对THz波的动态操纵是一个主要问题。许多人试图使用具有可调光电参数的功能材料，包括二维材料、相变氧化物、光子晶体和半导体来解决这一主题。

具体来讲，典型的相变材料如二氧化钒的绝缘体-金属相变特点使其在用于有源光电器件的发展方面吸引了相当大的兴趣。该相变过程伴随着氧化物电学性质的急剧变化和突变。先前的研究工作主要是考虑对二氧化钒薄膜的化学计量的晶体结构、形貌的优化，以在相变过程中实现太赫兹传输振幅的高效调控。然而，通过对材料制作方法的优化，仍存在调制速度慢、调制效率低的问题，而且很难提高调制深度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。

例如，本发明的目的之一在于解决太赫兹反射波调制器件调制效率低、调制速度慢、调制深度小等问题中的至少一项。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种基于相变材料阻抗匹配的高效太赫兹动态调控装置，所述太赫兹动态调控装置包括基底、相变材料层和相变激发单元，其中，所述基底具有彼此相背的第一表面和第二表面，第一表面朝向太赫兹波入射的方向设置；所述相变材料层能够从绝缘相转变为金属相，并结合在基底的第二表面上；所述相变激发单元产生激发条件以使相变材料层分别从绝缘相转变为阻抗匹配状态、以及从阻抗匹配状态转变为金属相，所述阻抗匹配状态发生在基底/相变材料层/空气界面。

在本发明的高效太赫兹动态调控装置的一个示例性实施例中，所述相变材料层的电导率能够在激发条件下发生至少2个数量级的连续变化。优选地，相变材料层的电导率能够在激发条件下发生3～4个数量级的连续变化。

在本发明的高效太赫兹动态调控装置的一个示例性实施例中，所述相变材料层的厚度可控制在5nm～2μm的范围，且基底的厚度可控制在0.1～3mm 的范围。

在本发明的高效太赫兹动态调控装置的一个示例性实施例中，所述相变材料层可以为二氧化钒薄膜、、三氧化二钒薄膜或五氧化三钛薄膜。例如，所述相变材料层可以为厚度在230～300nm范围的二氧化钒薄膜。

在本发明的高效太赫兹动态调控装置的一个示例性实施例中，所述基底可以为石英、硅、蓝宝石或砷化镓。

在本发明的高效太赫兹动态调控装置的一个示例性实施例中，所述激发条件可以为温度、电场、激光或压力激发等中的一种或几种。

在本发明的另一方面提供了一种基于相变材料阻抗匹配的高效太赫兹动态调控方法，所述太赫兹动态调控方法使用如上所述的太赫兹动态调控装置来进行。