[发明专利]一种基于硅基超材料的太赫兹波调制器

说明书

本发明公开了一种基于硅基超材料的太赫兹波调制器，包括硅基底层和超材料结构层，所述超材料结构层生长在硅基底层的一侧表面。所述调制器采用加载电压和激光照射激励信号的方式使调制效果产生。本发明中的硅基超材料结构是一种新的超材料结构，并且可以直接将电压加载在超材料结构上，不需额外制作电极；本发明中的硅基超材料太赫兹波调制器对太赫兹波有明显调制作用，是一种新的太赫兹波幅度调制器，光调制深度最高可达38％，并且可以通过加载电压变化改变调制深度。

技术领域

本发明涉及光电技术技术领域，尤其涉及一种基于硅基超材料的太赫兹调制器。

背景技术

太赫兹波(THz)通常是指频率在0.1-10THz之间的电磁波，该波段介于微波与红外波段之间，其兼具了宏观电子学和微观光子学相关研究的一些特点，同时又表现出一系列不同于其他波段电磁辐射的独特性质，使太赫兹波段的研究成为多科学领域互相融合的巨大推手。太赫兹波段相关研究虽对很多学科的发展都有着明显益处，但由于太赫兹波源的缺少及探测器研究的不足等使太赫兹频段的相关研究一直无法高效快速进行，这一波段一度被称为“太赫兹空隙”。近年来随着激光技术、半导体技术等的发展，填补了太赫兹源及相关器件的缺乏，使得太赫兹辐射的产生与性质相关研究也得到了飞速发展。太赫兹科学与技术研究日新月异,除了传统的太赫兹探测、太赫兹源与太赫兹成像相关研究以外，太赫兹技术在无损检测、通信雷达、材料表征等方面的应用都得到了全面且快速的发展。对于太赫兹波段电磁波的探测与调控的要求也更为严格，需要大量工作在太赫兹波段各种功能的器件来支持相关研究，太赫兹波的调制器件也在迫切需求之列，更大调制深度，更快调制速度的调制器件对于太赫兹波有更好地调控，从而进一步促进太赫兹相关科学的发展。太赫兹波调制器是通过外加激励信号来改变通过调制器的太赫兹波的强度和相位的器件。对于太赫兹波调制器，重要的技术参数包括调制速度、调制深度和调制的频带宽度。

现目前太赫兹波的调制是通过改变半导体、石墨烯和其他材料的导电性质或者通过人工超材料来实现的。其中人工超材料的调制速度和深度比较大，可是带宽较窄，并且生产成本很高，在某些应用中会被限制。而通过改变材料导电性的太赫兹波调制是宽带调制。材料的导电性的改变和快速恢复可以通过：(1)在半导体中产生光生载流子；(2)通过石墨烯晶体管的门电压改变石墨烯的费米能级；(3)通过金属-绝缘体相变改变材料的导电性。后两种方法都有他们的局限性，所以通过半导体的光生载流子来调制太赫兹波，是一种传统、简单、经济、有效、宽频段的太赫兹波调制方法。

为此，我们发明了一种使用超材料调控半导体中光生载流子的电调太赫兹波调制器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硅基超材料的太赫兹调制器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种硅基超材料太赫兹波调制器，包括

硅基底层

超材料结构层，所述超材料结构层生长在硅基底层的一侧表面。

优选地，所述调制器采用加载电压和激光照射激励信号的方式使调制效果产生。

一种硅基超材料的太赫兹波调制器的制备方法，包括以下步骤：

S1、通过电磁仿真软件CST microwave studio仿真确定超材料结构参数；

S2、通过光刻在硅基上形成超材料结构图形；

S3、通过磁控溅射将金属铜溅射在光刻图形上，采用后湿法剥离多余光刻胶；

S4、基片电极处接线。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明中的硅基超材料结构是一种新的超材料结构，并且可以直接将电压加载在超材料结构上，不需额外制作电极；