硅基全光控太赫茲波幅度調(diào)制器的研究.pdf

1、在太赫茲（THz）技術(shù)成為國際研究熱點的同時，太赫茲高速通信器件及系統(tǒng)的研究熱潮在國內(nèi)外科研機構(gòu)及高校蔓延開來。太赫茲吸收、濾波、開關(guān)、調(diào)制等功能器件在太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)中的地位相當于眼睛、耳朵在人體的地位，是不可或缺的部件。在太赫茲波調(diào)控技術(shù)方面，有電、光、熱等多種方式的調(diào)控手段，但都存在一定的弊端。例如，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的二維電子氣對THz波的調(diào)制深度較小，熱致相變特性的二氧化釩材料對溫度的依賴特性使得器件的調(diào)制速率較慢。光控半導(dǎo)體硅（Si

2、）調(diào)制器雖然具有較大的調(diào)制幅度和寬帶特性，并且與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝相兼容，是實現(xiàn)太赫茲調(diào)控器件重要方式之一。然而，受制于本征Si對光的弛豫過程，使得光摻雜的Si對THz波的調(diào)制速率最高只能達到kHz量級。
　　本文提出一種基于摻金硅的全光學(xué)太赫茲波調(diào)制器，通過深能級摻雜改善光作用本征Si（或高阻Si）的弛豫現(xiàn)象，實現(xiàn)對THz波的高速調(diào)控。在研究不同摻雜溫度和時間對Si材料的太赫茲波調(diào)制特性的影響后，得到最佳處理工藝為900℃下熱擴散6

3、0 min。少數(shù)載流子壽命測試的結(jié)果表明，摻雜的金（Au）原子為Si中的非平衡電子—空穴對提供有效復(fù)合中心，使其少數(shù)載流子壽命降低了2個數(shù)量級。為了進一步提高器件對THz波束的幅度利用率，采用金的微米圓點陣列進行高溫擴散摻雜，在不損失THz波透射幅度的同時提高了調(diào)制器的調(diào)制速率。該器件在0.34 THz載波的動態(tài)調(diào)制測試中達到了4.3 MHz的調(diào)制速率，其最大調(diào)制深度約21％。此外，該器件沒有頻率選擇特性，可工作在整個太赫茲頻段內(nèi)，且具

4、有極化不敏感等特性。其次，將摻金Si與超材料相結(jié)合，實現(xiàn)具有頻率選擇特性的調(diào)制器件，在設(shè)計的工作頻點或帶寬內(nèi)，通過光控實現(xiàn)對THz波束的調(diào)制。最后，將摻金Si器件與實驗室現(xiàn)有的激光集成，構(gòu)建光控太赫茲高速調(diào)制器，并同過100 kHz的調(diào)制速率成功將溫度信息在0.34 THz的信道內(nèi)調(diào)制、傳輸、解調(diào)與顯示。該工作驗證了全光控調(diào)制器的可靠性，并展示了一種THz無線通信系統(tǒng)的雛形。
　　本論文提出的基于光控摻金硅的太赫茲調(diào)制技術(shù)，成本低