太赫兹波单向传输和光控调制机理及器件研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:nanpingke11
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太赫兹(THz)隔离器和调制器在THz应用系统中有着迫切的实际需求,是构建以THz无线通信和安检成像为代表的准光学应用系统的核心器件。THz隔离器允许正向光高效地通过器件,而禁止光反向通过,能够有效隔离准光学系统中存在的反射回波和散射,保证辐射源和探测器等有源器件的使用寿命和工作安全,降低系统的噪声。目前国内外在THz隔离器的研究方面处于刚刚起步阶段,尚缺乏能满足应用系统实际需求的高性能的隔离器。高速THz调制器是目前制约THz无线通信发展的主要瓶颈之一,它的研究受到人们广泛关注并取得了一些重要的进展,但是现有THz调制器件的工作频带、调制深度、灵敏度和调制速率等重要参数还无法满足THz无线通信系统的要求。针对以上问题,本文在总结了国内外太赫兹隔离器和强度调制器相关基础理论和研究进展的基础上,通过深入分析太赫兹波段材料的介电模型,并结合人工电磁微结构的谐振及局域增强特性,设计、制备并在实验上研究了基于新材料和新物理机制的太赫兹隔离器和光泵浦强度调制器。主要工作及成果如下:1.实验研究了磁流体在THz波段的折射率和吸收系数与铁磁流体中Fe3O4纳米颗粒浓度间的对应关系,发现了磁流体在横向磁场作用下存在两种不同物理机制的太赫兹磁光效应,并对该磁光效应进行了理论分析和建模。2.对半导体材料InSb在THz波段的磁光特性进行了理论和实验研究。首次提出了二种基于InSb磁光材料的磁光超表面隔离器结构,仿真分析了这二种器件的传输特性和器件结构参数以及外磁场强度对隔离度的影响。结果表明该器件在0.68THz频率处的隔离度高达40dB,同时可以利用磁光超表面谐振峰对外磁场的响应,实现对磁场强度的传感检测。此外,本文还在实验上深入研究了InSb材料在太赫兹波段的光学、磁光特性并与之前相关文献进行了比对。3.设计、加工并在实验上研究了基于二硫化钼纳米晶的太赫兹光泵浦调制器。在532 nm连续激光器的低泵浦功率密度(0.24W/cm2)辐照下,调制器可以实现对太赫兹波高达75%调制深度的宽带振幅调制。通过与纯硅片对比分析,本文发现了硅基二硫化钼纳米晶中对光生载流子产生的“催化”效应,即二硫化钼与硅形成的异质结构使得二硫化钼能够在硅表面上催化生成更多的光生载流子。
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