基于相变二氧化钒的太赫兹振幅与空间调制

发布时间：2020-09-17 09:54

　　太赫兹波有很多优点,如透射率高、频谱宽、光子能量低、多数物质对太赫兹波有特征吸收谱等,因此,太赫兹技术在机场安检、生物医学、宽带通信和物质检测等领域具有重要的应用前景。如何有效调制太赫兹波,是实现太赫兹技术推广应用的基础。目前太赫兹科学的研究尚未像红外及微波领域那样成熟,所以太赫兹波的调制手段相对匮乏,这也很大的限制了太赫兹技术在各个领域的应用。本论文主要开展基于相变二氧化钒的太赫兹波振幅与空间调制研究,具体内容如下:1.研究了太赫兹超材料的理论和太赫兹波的常见调制方法。同时,研究了二氧化钒的相变机理及制作方法。2.设计并加工了一种基于相变二氧化钒的太赫兹振幅调制器,该调制器在室温时有三个通带,中心频率分别位于0.30THz、0.70THz和0.94THz处。采用CST电磁仿真软件模拟表面电流分布,分析了每个吸收峰的产生原因,并使用Z-3太赫兹时域光谱系统对样品进行测试,实验结果表明:三个通带的振幅可以通过直流电流进行调控,当控制电流为0.22mA时,三个通带都由带通滤波器变为带阻滤波器,振幅调制深度分别达到97%,97.5%和96%。这种基于相变二氧化钒的太赫兹振幅调制器具有体积小、便于集成、调制深度大、工艺简单和便于加工等优点,在未来宽带太赫兹通信领域有具有重要的应用价值3.设计并制作了一种基于二氧化钒的太赫兹空间光调制器。通过给器件不同的单元加电而产生焦耳热,这种局部加热使不同单元的太赫兹波透射率产生差异,实现对太赫兹波空间调制的效果。虽然空间调制效果不理想,单个像素加热时相邻的像素调制度差只有14%,但是后续工作中可以通过结构优化达到更好的效果。这种太赫兹波空间调制器件,在单像素太赫兹成像和太赫兹波空间编码方面有潜在的应用价值。
【学位单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O441.4
【部分图文】：

频谱,太赫兹波,电磁波波谱,太赫兹

图 1-1 太赫兹波段在整个电磁波波谱中的位置太赫兹波这个称呼是开始来源于 1974 年，弗莱明(Fleming)在描述光谱线频率围（迈克尔逊干涉仪）时提出“Terahertz”一词[1]，在此以前科学家们将频率在 0.1T到 10THz(1THz=1012THz)范围的，波长在 0.03mm 到 3mm 范围的介于微波与红外间电磁波频段统称为远红外射线[2]。但在发现这个波段过后的一段时间中发展极为慢，由于太赫兹源主要是基于其他波段的技术衍生而来，导致传统的太赫兹辐射源仅覆盖 0.1-1THz 左右的太赫兹频谱很小一部分并且输出功率很低难以使用[3]，所以响了太赫兹技术的研究。近年来，由于太赫兹相关技术主要是太赫兹源及探测器的速发展，太赫兹源从以前的低输出，覆盖频段窄的传统太赫兹源，变为高输出，覆频段宽的新型太赫兹源，加上太赫兹波的探测器的发展，太赫兹技术才有了发展的础，之后由于太赫兹波的独特特性，太赫兹科学开始迅速的发展。§1.1.2 太赫兹波特性及应用

太赫兹,信号功率,太赫兹波

或者真空雷达。近距离探测例如抗震救灾时，由于人体内富含的水太赫兹监测技术能很好的探测出墙壁后的人。信技术兹波用于通信最大可以达到 10GB/s 的无线传输速度，但是由于极兹波的吸收，所以多用于太空等真空环境，在近似真空的状态下太损传播，太赫兹的宽带传输速度是现在其他技术的几百倍。赫兹功能器件太赫兹波源兹技术的特别是实验上的发展曾经长时间处于缓慢的发展，其原因太赫兹波发射源，随着其他技术的进步，各种新型高效的太赫兹源，为太赫兹研究铺平了道路。图 1-2 为现在的太赫兹源的技术布局统的低输出太赫兹源，椭圆区域是新型高输出太赫兹源。

太赫兹,时域光谱

墨烯的新型太赫兹探测器，太赫兹信号照射石墨烯后，表面载流子分布或者热场将发生变化，再通过测量这些变化来实现对信号的探测[12]。相干测量一般用于对太赫兹脉冲的探测，比如太赫兹时域光谱测量中采用的光电导天线，通过控制脉冲激光的相位，使脉冲激光入射到半导体产生的光生载流子浓度的峰值与太赫兹脉冲信号在不同时刻产生的相耦合，从而输出与太赫兹脉冲信号相关的电信号，最终完成对太赫兹脉冲的时域测量[13,14]。§1.1.4 太赫兹时域光谱系统随着太赫兹技术的发展，主要是前面所说的太赫兹波源及太赫兹波探测器，我们有了可以研究一个太赫兹波脉冲通过样品后波形变化的方法。我们通过太赫兹波源产生一个太赫兹脉冲，通过样片后探测器接收，将得到的信号通过傅里叶变换后，我们又可以得到样品的太赫兹波透射谱、反射谱等，这就是太赫兹时域光谱系统，再加上太赫兹波的指纹特性，我们就能分析样片的组成成分。

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