【摘 要】
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太赫兹调制器是太赫兹通信系统的核心组成部分,随着太赫兹通信技术的飞速发展,小型化集成化太赫兹调制器的发展越来越受到关注。作为多铁材料的代表,铁酸铋薄膜具有良好的光学和光电性能。超材料的出现改变了人类对自然界材料的认知,它对电磁波的响应可以通过改变几何参数来进行定制。本文采用激光泵浦的方式,利用太赫兹时域光谱技术研究了基于铁酸铋薄膜和超材料的太赫兹波调制器件,并进一步探讨了在外部光场作用下铁酸铋薄膜
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太赫兹调制器是太赫兹通信系统的核心组成部分,随着太赫兹通信技术的飞速发展,小型化集成化太赫兹调制器的发展越来越受到关注。作为多铁材料的代表,铁酸铋薄膜具有良好的光学和光电性能。超材料的出现改变了人类对自然界材料的认知,它对电磁波的响应可以通过改变几何参数来进行定制。本文采用激光泵浦的方式,利用太赫兹时域光谱技术研究了基于铁酸铋薄膜和超材料的太赫兹波调制器件,并进一步探讨了在外部光场作用下铁酸铋薄膜对太赫兹波调制的微观机理,主要研究结果有:（1）研究了在外部光泵浦作用下基于铁酸铋/硅异质结构的太赫兹调制器件,调制器对入射的太赫兹波表现出光功率依赖的调制效应,最大的调制深度可以达到91.13%。这是由于铁酸铋/硅异质结中内建电场的存在促进了光生载流子（电子-空穴对）的分离,从而改变了整个器件的电导率,进而实现了对太赫兹波的调制。对硅衬底上铁酸铋薄膜的光电导特性进行了研究,光泵浦激发产生了大量的光生载流子,从而导致铁酸铋薄膜的电导率大幅度增加。（2）研究了在外部光泵浦作用下基于开口谐振环/铁酸铋/硅混合结构的太赫兹谐振开关调制器件,器件在0.5 THz处存在一个由开口谐振环LC谐振引起的吸收峰。随着光泵浦功率增加,器件的谐振峰消失,实现了一个谐振开关的调制效应。为了分析内在物理机理,对硅基铁酸铋薄膜的太赫兹电导率进行了研究,发现铁酸铋薄膜光电导率的变化直接影响着器件的谐振开关调制效应。通过仿真验证了铁酸铋薄膜光电导率的增加致使开口谐振环的开口处短路,从而抑制了LC谐振的产生,实现了谐振开关调制效应。（3）研究了在外部光泵浦作用下基于超材料/铁酸铋/硅混合结构的太赫兹等离子体诱导透明调制器件,由于超材料两个模式之间的相消干涉,器件实现了等离子体诱导透明效应。随着光泵浦功率增加,等离子体诱导透明的透明窗口逐渐消失,透明窗口处的调制深度为82%。对铁酸铋薄膜的光电导率进行了探究,发现光激发致使其产生大量的光生载流子,使得超材料两个结构间的间隙短路,抑制了等离子体诱导透明效应,从而实现了对太赫兹波的调制。（4）研究了在外部光泵浦作用下基于退火与不退火硅基铁酸铋薄膜的太赫兹超材料器件,器件实现了等离体子诱导透明效应,利用仿真电场分布和表面电流密度分析了其产生的内在机理是两个模式直接耦合的结果。退火处理使得铁酸铋薄膜由非晶态转变为多晶态,随着光泵浦功率增加,器件调制效应变化明显,透明窗口处调制深度可达45%,其主要原因是退火的铁酸铋薄膜光电导率变化显著所导致的。
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