基于雙電光分子聚合物薄膜器件的THz時(shí)域譜系統(tǒng)的研制與介電譜測(cè)量.pdf

1、近十多年來(lái)，太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究當(dāng)中，但太赫茲輻射源和探測(cè)源一般采用電光晶體，受晶體本身晶格結(jié)構(gòu)和相位匹配的影響，難以獲得寬頻帶和高振幅的太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)。電光聚合物與傳統(tǒng)電光晶體相比，具有高的電光系數(shù)、大的相干長(zhǎng)度以及無(wú)聲子吸收間隙等優(yōu)點(diǎn)，使其成為實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)最理想和極具應(yīng)用前景的太赫茲輻射源和探測(cè)材料。電光聚合物作為新興的太赫茲輻射源檢測(cè)材料雖然優(yōu)勢(shì)明顯，但受聚合物材料本身性質(zhì)、極化方式、成膜工藝等限制，

2、高電光系數(shù)、良好的生色團(tuán)取向穩(wěn)定度以及在太赫茲波段低色散等綜合性能優(yōu)良的材料仍很缺乏。因此，合成高品質(zhì)的電光聚合物材料，使之能夠廣泛運(yùn)用于太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)之中具有重要的研究意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文以側(cè)鏈型電光聚合物為主體，通過(guò)物理混合方式再摻入一定比例的小電光分子制備了具有雙電光分子的聚合物體系。通過(guò)強(qiáng)極性的小電光分子的摻入使得作為主體的側(cè)鏈型聚合物的極性得到改善，使其在外部電場(chǎng)作用下，側(cè)鏈上的生色團(tuán)分子更易取向。另外，小電光

3、分子的引入，聚合物體系的生色團(tuán)分子含量增加，宏觀上表現(xiàn)出的非線性光學(xué)效應(yīng)得到增強(qiáng)。電光系數(shù)和生色團(tuán)取向穩(wěn)定度的測(cè)試結(jié)果表明，雙電光分子聚合物EDB(6wt％)/2，4-二硝基苯胺接枝咔唑聚磷膦(94wt％)的電光系數(shù)能達(dá)到33pm/V，且在室溫下放置600小時(shí)后，生色團(tuán)取向穩(wěn)定度能夠保持在初始值的69％。
　　目前用于太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)中的電光聚合物薄膜探測(cè)器件常采用三明治結(jié)構(gòu)，即聚合物夾在兩層透明導(dǎo)電氧化物層（常用ITO玻璃實(shí)現(xiàn)

4、）之間，或者夾在透明導(dǎo)電氧化物層與金屬層之間。這種薄膜器件制備簡(jiǎn)單，但在實(shí)際運(yùn)用中導(dǎo)電層在太赫茲波段的吸收性和高反性都會(huì)影響器件的探測(cè)效率和靈敏度。另一方面，這種三明治結(jié)構(gòu)薄膜器件極化電場(chǎng)方向與聚合物薄膜表面垂直，在使用時(shí)需要考慮太赫茲脈沖的入射角度。本文利用激光微刻技術(shù)在覆有金屬薄膜的玻璃襯底上生成了插指電極陣列，制備了具有共面電極結(jié)構(gòu)的薄膜探測(cè)器件。由于電極共面，一方面避免了電極對(duì)探測(cè)靈敏度的影響，另一方面就是極化電場(chǎng)方向與聚合物薄

5、膜表面平行，太赫茲脈沖可以垂直入射，不用考慮入射角度對(duì)探測(cè)效率的影響，從而提高太赫茲波的探測(cè)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同薄膜厚度下，共面插指電極結(jié)構(gòu)薄膜器件與三明治結(jié)構(gòu)薄膜器件得到的振幅比約在1.3左右，即探測(cè)效率能夠提高30％左右。
　　太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)用于聚合物電介質(zhì)的測(cè)試當(dāng)中，主要是獲取樣品在太赫茲波段的頻譜特性，從而得到樣品在太赫茲波段下的折射率、吸收系數(shù)等光學(xué)特性參數(shù)。本文選取了在電介質(zhì)工程應(yīng)用領(lǐng)域中常用的低密度聚乙烯(