太赫茲波調(diào)控技術(shù)及相關(guān)功能器件研究.pdf

1、以太赫茲波為通信載體的新一代通信系統(tǒng)以其高速、寬帶、大容量、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)而備受?chē)?guó)內(nèi)外重視，是短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而，作為一段全新的電磁波譜，太赫茲波段的功能材料和器件十分缺乏，其中作為太赫茲通信系統(tǒng)核心器件的調(diào)制器件，存在調(diào)制速率低，帶寬窄，調(diào)制深度小等不足，成為繼波源和探測(cè)技術(shù)之后，太赫茲通信系統(tǒng)最亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。本論文正是在這個(gè)研究背景和技術(shù)牽引下，通過(guò)人工電磁結(jié)構(gòu)和電子功能材料的綜合研究，探索太赫茲調(diào)制理論和技

2、術(shù)，實(shí)現(xiàn)太赫茲波的高速寬帶調(diào)制功能器件。
　　首先研究了基于一維光子晶體的太赫茲調(diào)制器。提出將光子晶體與相變材料相結(jié)合實(shí)現(xiàn)太赫茲波調(diào)制的思想。設(shè)計(jì)并研制了三種不同的光子晶體，測(cè)試表明它們?cè)谔掌濐l段都存在多個(gè)寬頻光子禁帶。成功制備高質(zhì)量 VO2相變薄膜，研究了VO2薄膜多太赫茲波的響應(yīng)特性。將VO2作為缺陷引入光子晶體結(jié)構(gòu)，在光子禁帶中出現(xiàn)缺陷態(tài)，處于缺陷態(tài)的電磁波可以在光子晶體傳播。通過(guò)外場(chǎng)觸發(fā)VO2的絕緣體-金屬相變，使得光子

3、晶體禁帶中的缺陷態(tài)會(huì)發(fā)生平移。根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)太赫茲波傳輸?shù)耐鈭?chǎng)調(diào)控。
　　其次，研究了石墨烯在太赫茲波調(diào)控方面的應(yīng)用。采用CVD技術(shù)制備并在不同基片上成功轉(zhuǎn)移大面積石墨烯薄膜。以低阻Si/SiO2為襯底制作了石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。通過(guò)外加偏壓調(diào)控石墨烯載流子濃度，實(shí)現(xiàn)了太赫茲波反射強(qiáng)度的控制，獲得15％的調(diào)制幅度。因此，石墨烯可以制作成電壓控制的太赫茲調(diào)制器。
　　最后，探索了光控發(fā)石墨烯薄膜實(shí)現(xiàn)太赫茲波調(diào)制的理論

4、和方法。研究發(fā)現(xiàn)以高阻硅片為襯底的石墨烯，在飛秒激光作用下，太赫茲波透射強(qiáng)度會(huì)大幅度下降，而且隨著激光功率的增大，太赫茲波的透射下降、反射下降而吸收則大幅度上升。利用此現(xiàn)象制作了激光控制的太赫茲波調(diào)制器。搭建了基于自由空間傳輸?shù)奶掌澱{(diào)制信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試表明，我們制備的寬頻（3 THz以上）太赫茲調(diào)制器，其調(diào)制頻率已達(dá)到了300 KHz，調(diào)制幅度接近于90%。
　　綜上所述，我們探索了光子晶體、相變薄膜以及石墨烯薄膜在太赫茲波調(diào)