柔性可伸展半导体太赫兹调制器

发布时间：2020-05-23 20:26

【摘要】：太赫兹波(Terahertz wave,THz wave)是指频率在0.1 THz-10 THz,波长在0.03 mm-3 mm范围内的电磁波,其频率范围介于微波和红外光波之间。在此频段内的电磁波既不完全适合用光学理论来处理也不完全适合用微波的理论来研究。太赫兹波调制是在外界激发源的作用下对太赫兹波的强度或者相位进行控制,不同的调制器根据其性能的不同在不同的系统中有着重要的用途,并且在近年得到了快速的发展。同时,随着科技的发展,柔性可穿戴设备在器件研究中也愈发重要。通常硅半导体是具有中等调制速率的太赫兹光调制器件的重要材料,通过光生载流子的产生和复合对太赫兹波的强度进行调制。由于硅中光生载流子的扩散长度较长(几十微米),因此采用大尺寸的硅作为太赫兹空间调制器的空间分辨率较差。在该论文中,我们通过将小块的硅片(小于3 mm)阵列附着在柔性的PDMS衬底上成功的制备了一种柔性可伸展半导体太赫兹光调制器,并减小了硅片中光生载流子的扩散,提高了太赫兹波空间调制器的空间分辨率。脉冲太赫兹光源不仅具有良好的时间分辨率,还具有丰富的频谱信息,因此非常有必要研究对脉冲太赫兹光源的空间调控技术。在该尺寸下,硅片的大小与太赫兹波的波长相近,一部分太赫兹波脉冲穿过硅片,另一部分则穿过空气,由于穿过两者的太赫兹波到达探测器时间的不同导致太赫兹时域谱上出现两个太赫兹脉冲,因此表现在透射率上会出现一个吸收峰。本文详细研究了不同厚度和尺寸的硅片与太赫兹波的相互作用,并研究了它们的光调制性能,在吸收峰处调制为13%,在频率高于吸收峰的部分调制为30%。通过在硅片上覆盖金纳米颗粒单层膜,能够显著加强激光对小片硅的调制。此外用Matlab软件建立数学模型对太赫兹波与小尺寸硅片的相互作用及光调制进行了仿真。通过对单个小尺寸硅的扫描成像,发现频率在吸收峰处时的成像最为清晰。而对于阵列式半导体太赫兹调制器,硅片之间的距离也能够改变吸收峰的强度,同时调制器在成像应用中成像的空间分辨率也得到了明显提高。最后我们通过微电子制造工艺制作了微米级的硅阵列,其在激光照射下有透射率增强的效果。本文研究太赫兹空间光调制器具有中等的调制速率和较好的空间分辨率,为太赫兹空间压缩感知成像提供了新的调制器解决方案。
【图文】：

第一章 绪论第一章 绪 论1.1 太赫兹波概述太赫兹（THz，1 THz=1012Hz）波是指频率在 0.1 THz-10 THz，波长mm-0.3mm 之间的电磁波[1]。在频率上，太赫兹波处于红外线和毫米波之间量上看，太赫兹波处于电子与光子之间。如图 1-1 为 THz 波在电子波谱中的

第一章 绪论胞中的水分占比确定肿瘤和癌细胞的在体内的位置。（5）太赫兹波具有良好的相干性。可以用太赫兹波的相干测量技术直接测量物质的相位信息和功率谱，从中计算所测物质的折射率、消光系数、吸收系数、介电常数等物理量。（6）太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息。绝大部分半导体材料、生物大分子、电介质材料的振动和能级跃迁都处在太赫兹波段，根据这些测量的物质吸收谱和色散关系，通过太赫兹时域光谱成像技术可以轻易的辨别出物体体貌，分析其的物理化学特性，为毒品检测、武器和爆炸物鉴别等提供了新的理论依据和探测技术。如图 1-2 是基于太赫兹上述各种性质的几种应用场景。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN761

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本文编号：2677905