太赫兹波操控技术与器件研究

【摘要】：随着太赫兹科学的发展,太赫兹技术逐渐在频谱,成像,国防以及通信领域的显现出广阔的应用前景。越来越多的领域开始重视起这门新兴的学科。由于太赫兹科学起步较晚,对太赫兹波的有效操控是当前技术的盲点,也是太赫兹研究的热点。本论文主要从四个方面研究了对太赫兹波幅度和频谱的操控: 一.利用太赫兹时域频谱技术(THz-TDS)研究了氧化钒(VOx)薄膜的半导体-金属相变特性,尤其是硅基VOx薄膜的光致半导体-金属相变特性。分析了不同波长的连续光照射、飞秒脉冲激光照射等不同光激发方式下的硅基VOx薄膜对太赫兹波的光调制特性。 二.通过数值模拟和实验研究了复合型表面等离基元极化波(SPP)结构的THz波滤波特性,采用唯象的分子模型理论对复合结构的透射频率随结构变化的现象进行了分析。并从理论和实验上对复合结构中蕴含的SPP模式间的耦合过程进行了验证,根据实验结果计算了SPP之间的耦合系数。 三.结合硅基VOx薄膜的光调制特性和SPP结构的滤波特性,设计了VOx薄膜与金属孔阵列的复合结构,VOx薄膜与金属块阵列的复合结构,以及硅基VOx微结构阵列。并通过实验检测了这种双功能器件的特性。通过模拟设计了几种基于VOx薄膜和SPP结构的器件,同时具有调制和滤波功能,实现了频率可调的光控性能。 四.把硅基VOx的光调制性质应用到THz-TDS中,作为太赫兹波的光控斩波器,取代传统的机械马达斩波器,成功测到了太赫兹脉冲的波形,并在理论上分析了该斩波器与传统马达斩波器的在测量太赫兹脉冲时差异形成的原因。