硅基复合结构及其太赫兹调控特性研究

发布时间：2017-07-27 09:00

  本文关键词：硅基复合结构及其太赫兹调控特性研究

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【摘要】：随着太赫兹辐射源和探测装置的种类和性能不断发展,人们对于太赫兹波的认知越来越全面,太赫兹技术的相关应用也不断影响到各个领域。由于其独特的电磁频谱特性,在医学检测、通信、成像和探测等领域的作用有望超过其他频段的波谱。然而传统的功能器件如调制器/开关、滤波器、吸收器和极化器等无法用于太赫兹波段,各个领域对功能器件的需求日益迫切。但是,不同领域需要的功能器件的性能都有所差别,例如在太赫兹通信中,需要调制速率足够快的调制器来缩短通信传输的时间,而对其调制深度要求并不高;但在太赫兹成像中则要求调制器具备足够大的调制深度去提高成像系统的清晰度和精确度,相对对其调制速率的要求却很低,一般kHz量级的调制速率足够满足成像需求。本文提出两种硅复合结构提高调制器件的调制深度。首先将掺金硅与单层石墨烯薄膜结合,形成硅/石墨烯复合结构,该复合结构在激光作用下可有效提高器件的调制深度。当没有激光作用时,石墨烯和掺金硅都对太赫兹波高度透明,其透射率为65%;当有激光作用在掺金硅表面,产生的光生载流子由于浓度差向石墨烯层扩散,在“石墨烯-掺金硅”界面形成电导层,由于石墨烯具有极高的电子迁移率,因此形成的电导层会大幅度吸收和反射太赫兹波,透射率降为45%,调制深度比掺金硅提高50%,调制速率可达2.2MHz。其次,在高阻硅衬底上制作一种二维光子晶体,形成光子晶体/高阻硅复合结构。该复合结构不但可以增加器件的调制深度,还能减小插入损耗。说明了四种不同的入射方式对调制特性的影响,并给出了合理的解释。当激光作用于硅层时,形成的电导层不但吸收从正面入射的太赫兹波,还将一部分太赫兹波以漫反射的形式反射到光子晶体中,被局域在光子晶体中并对入射的太赫兹波产生干扰,从而降低太赫兹波的透射幅度,提高调试深度,最大调制深度可达97%,但调制速率较小,只有10kHz。最后,将Si-PC复合结构用于THz成像中,进一步说明这种复合结构对调制深度的增加。本论文提出的两种硅复合结构能有效提高调制器件的调制深度,实现工艺简单,成本低廉,提高效果较好,使用于太赫兹成像系统中。
【关键词】：复合结构 掺金硅 石墨烯 光子晶体
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O441.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 太赫兹波研究背景10-11
• 1.2 石墨烯太赫兹调制器的国内外研究现状11-14
• 1.2.1 电控石墨烯太赫兹调制器11-12
• 1.2.2 光控石墨烯太赫兹调制器12-14
• 1.3 光子晶体在太赫兹技术中的应用14-17
• 1.3.1 太赫兹光子晶体波导14-15
• 1.3.2 太赫兹光子晶体调制器15-16
• 1.3.3 太赫兹生物成像探测器16-17
• 1.4 论文研究内容17-19
• 第二章 电光调制系统的构建19-28
• 2.1 激光调制技术简介19-21
• 2.1.1 激光调制技术简介20-21
• 2.1.2 电光调制21
• 2.2 电光调制系统的搭建21-26
• 2.2.1 系统搭建21-23
• 2.2.2 系统测试和调试23-26
• 2.3 太赫兹波相关测试平台简要介绍26-27
• 2.3.1 太赫兹空间传输测试平台26
• 2.3.2 太赫兹时域光谱测试平台26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 掺金硅及其石墨烯复合结构的太赫兹调制特性研究28-42
• 3.1 不同局域掺金对太赫兹器件的调制特性研究28-35
• 3.1.1 局域掺金硅样品的制备28-30
• 3.1.2 不同局域掺金对太赫兹调制特性的研究30-35
• 3.2 掺金硅与石墨烯复合结构的太赫兹调制特性研究35-40
• 3.2.1 掺金硅与石墨烯复合结构样品的制备35-36
• 3.2.2 掺金硅与石墨烯复合结构的太赫兹调制性能研究36-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第四章 光子晶体与硅复合结构的太赫兹调制特性研究42-55
• 4.1 光子晶体与硅复合器件的制备42-44
• 4.2 光子晶体与硅复合器件的太赫兹性能研究44-53
• 4.2.1 不同入射方式对调制深度的影响44-48
• 4.2.2 太赫兹时域谱测试48-50
• 4.2.3 数据处理与优化50-53
• 4.3 太赫兹成像53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 总结和展望55-57
• 5.1 总结55-56
• 5.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间取得的成果62-63

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本文编号：580596