基于多层结构的偏振不敏感超材料太赫兹宽带吸收器

为了解决宽带吸收器结构设计复杂的问题,提出了 一种结构简单、偏振不敏感、吸收性能优良的超材料太赫兹宽带吸收器.该吸收器采用对称结构设计,以金属层-介质层-金属层的三层架构为基础.其中,介质层中嵌入了两个不同尺寸的圆形金属片,从而形成多层结构.采用频域有限元法(Frequency Domain Finite Elemen...     

基于拓扑绝缘体异质结的宽带太赫兹探测器

二维材料中的新量子态对凝聚态物理和现代光电器件的发展具有重要意义。然而具有宽带、室温和快速响应能力的太赫兹光电探测技术,由于缺乏暗电流和光吸收之间的最佳平衡,仍然面临着巨大的挑战。在这项研究中,作者合成了新型拓扑绝缘体材料GeBi₄Te₇,并搭建了其与Bi₂Te₃的范德华异质结,以实现高灵敏度的太赫兹光电探测器。在平面金属-材料-金属结构中实现了在室温下将低光子能量太赫兹波段直接转化为光电流。结果表明,基于Bi₂Te₃-GeBi₄Te₇的太赫兹光电探测器能够实现0.02～0.54 THz的宽谱探测,且具有很高的光响应率(在0.112、0.27、0.5 THz下分别为592 V·W^-1、203 V·W^-1、40 V·W^-1),响应时间小于6μs。值得注意的是,它被用于高频太赫兹的成像应用演示。这些结果为Bi₂Te₃     

基于整形飞秒激光脉冲泵浦光电导天线的宽带太赫兹辐射研究

飞秒激光脉冲泵浦光电导天线可以产生宽带太赫兹脉冲辐射。采用具有缓慢上升-快速下降整形脉冲包络的飞秒激光脉冲与光电导天线作用产生宽带太赫兹辐射,基于Drude-Lorentz模型计算了太赫兹辐射的规律,并讨论了激光脉冲脉宽和半导体载流子寿命对太赫兹辐射产生的影响。研究结果表明,尽管这种整形飞秒激光脉冲的能量有所损失,但是这种泵浦方式能够比普通飞秒激光脉冲泵浦光电导天线产生更宽的太赫兹辐射。该结果为实验上基于光电导天线产生宽带太赫兹脉冲辐射提供了新的思路     

基于石墨烯/砷化镓异质结构的毫米波/太赫兹探测器

单层石墨烯具有较低的固有光吸收效率,且材料中含有较多的缺陷,导致仅依靠石墨烯本身很难制备高性能的光电器件。通过石墨烯与半导体材料复合形成异质结构的方法可以克服这一瓶颈。本工作中利用石墨烯/砷化镓高迁移率异质晶体管结构制备了毫米波光电探测器,有效地提升了二维电子气特性,大幅度提高了器件在室温条件下的毫米波响应和探测能力。实验证明,400 mV的偏置电压下,该器件在25 GHz波段的获得了20.6 V?W^-1响应率,响应时间为9.8 μs,噪声等效功率为3.2×10^-10 W?Hz^-1/2。在太赫兹波0.12 THz下响应率仍然达到了4.6 V?W^-1,响应时间为10 μs,噪声等效功率为1.4×10^-9 W?Hz^-1/2。该工作展示了石墨烯/砷化镓异质结构毫米波太赫兹探测器的巨大应用前景。     

基于铟镓砷材料的新型太赫兹/亚毫米波探测器研究

对一种基于生长在半绝缘InP衬底上InGaAs外延材料的新型太赫兹室温探测器进行研究。首先在HFSS理论计算的基础上对器件天线阻抗、驻波比、辐射方向图等特性参数进行分析。其次,通过光刻、腐蚀、溅射、点焊等工艺制作出对称金属电极天线耦合的太赫兹探测器件。结合自己搭建的0.037 5 THz器件响应测试系统,得到铟镓砷太赫兹探测器件在不同偏置电流和不同调制频率下的器件响应曲线。结果表明器件具有明显的光电信号和快的响应速度。通过利用高莱探测器进行标定,得到器件在0.037 5 THz时的电压灵敏度优于6 V/W,器件噪声等效功率NEP优于1.610-9 W/Hz1/2,器件响应时间优于300 s。     

圆偏振周期量级红外激光脉冲驱动产生太赫兹辐射

研究了周期量级的圆偏振激光在空气中成丝产生太赫兹辐射的偏振特性。将中心波长1.8 m、脉宽8.6 fs 的圆偏振红外激光脉冲聚焦到空气中,形成等离子体细丝,产生太赫兹辐射。通过测量太赫兹辐射的偏振状态,和偏振方向与驱动激光载波-包络相位的关系,发展太赫兹波偏振控制的方法。实验结果表明,太赫兹辐射为椭圆偏振,而且偏振平面随着驱动激光载波-包络相位的变化而转动。这对太赫兹波的偏振控制有重要意义,并为周期量级激光载波-包络相位的测量提供了新方法。     

多层介质型太赫兹菲涅尔天线研究

基于菲涅尔波带片透镜的设计原理,设计了三款多层介质结构的菲涅尔波带片天线.该天线采用高增益的波纹喇叭天线提供馈电,工作频段为太赫兹通信第一大气窗口320～380GHz,回波损耗低于-15 dB,增益大于25 dBi.研究了菲涅尔波带片天线的周期数和子区数对天线性能的影响,结果表明随着周期和子区数的增加,增益也会不断的提高,而当波带片直径和喇叭口径面积相比拟时,电磁波损耗较大,并且谐振频率在太赫兹大气窗口内右移.     

缓慢上升快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用的太赫兹辐射产生研究

飞秒激光脉冲与气体等离子体作用可以产生宽带、强的太赫兹脉冲辐射。采用一种缓慢上升、快速下降的飞秒激光脉冲与气体等离子体作用产生太赫兹辐射,并基于等离子体电流模型计算了这种太赫兹辐射的特性。由于这种特殊整形的激光脉冲能够对电子的加速产生较大的速度,从而可以产生较大的等离子体电流和较强的太赫兹辐射。计算结果显示:尽管这种特殊整形的飞秒激光脉冲能量有所损失,它能够比普通双色飞秒激光脉冲产生更强、更宽的太赫兹脉冲辐射。该项研究为基于激光等离子体作用的太赫兹辐射源提供了新的思路。     

太赫兹器件用新型复合多层金刚石材料的研究

微波器件频率进入太赫兹,输能窗的厚度减小至一百甚至几十微米。常规的介质材料,或者多晶金刚石材料已 经难以满足强度和真空密封性能的要求。为此设计并研制出一种新型微/超纳米复合多层金刚石膜。该膜采用微波等离子 体化学气相沉积法（MPCVD）,通过反应气源和沉积参数的改变,实现在硅衬底上依次原位生长微米尺度和超纳米尺度 的金刚石膜。研制的复合多层金刚石膜表面粗糙度Ra<0.5μm,生长面的断裂强度高达1550MPa,是普通多晶金刚石膜的 三倍。用该膜封接的输能窗目前已经通过真空密封性测试,将首次应用于太赫兹真空器件。     

太赫兹器件用新型复合多层金刚石材料的研究

微波器件频率进入太赫兹,输能窗的厚度减小至一百甚至几十微米。常规的介质材料,或者多晶金刚石材料已经难以满足强度和真空密封性能的要求。为此设计并研制出一种新型微/超纳米复合多层金刚石膜。该膜采用微波等离子体化学气相沉积法(MPCVD),通过反应气源和沉积参数的改变,实现在硅衬底上依次原位生长微米尺度和超纳米尺度的金刚石膜。研制的复合多层金刚石膜表面粗糙度Ra<0.5μm,生长面的断裂强度高达1550MPa,是普通多晶金刚石膜的三倍。用该膜封接的输能窗目前已经通过真空密封性测试,将首次应用于太赫兹真空器件。     

Etching behavior of GaAs/AlGaAs multilayer structure during laser beam scanning

The thermochemical etching behavior of GaAs/AlGaAs multilayer structure during laser beam scanning has been studied. The etch rate changes between GaAs and AlGaAs epilayers as the etching process proceeds through the layered sample. The phenomenon can be explained by the difference of thermal parameters of the heterojunction interface. The local temperature rise from laser irradiation has been calculated to investigate etching characteristics for GaAs and AlGaAs. It is concluded that the good thermal confinement at GaAs/AlGaAs interface produces the wider etch width of GaAs layer than that of AlGaAs layer in GaAs/AlGaAs multilayer. The maximum etch rate of the GaAs/AlGaAs multilayer was 32.5 μm/sec and the maximum etched width ratio of GaAs to AlGaAs was 1.7.     

金属波导连续光泵气体太赫兹激光器

针对紧凑型光泵气体太赫兹激光器(OPTL)技术,设计并研制了全金属波导结构的气体太赫兹(THz)激光器原理样机.THz激光器工作介质为CH_3OH气体,最佳工作气压30 Pa,在波长9.69μm、连续功率44 W的9P(36)支CO_2激光泵浦下,实验测得在2.52 THz频点输出功率150 m W,光子转换效率为8.4%.研究THz激光输出功率与CH_3OH工作气压、泵浦光功率的关系、以及THz激光输出稳定性,并通过压电陶瓷对THz激光腔长进行精密调节,同时测量输出功率的变化情况,讨论了金属波导THz激光器的纵模特性.实验工作与结果为下一步紧凑型折叠波导腔全金属OPTL的研制提供了参考.     

基于DPMZM和UTC-PD的宽带太赫兹信号产生及传输研究

为了能够充分利用微波光子倍频优势并简化系统复杂度,提出一种基于双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)和单行载流子光电二极管(UTC-PD)的宽带太赫兹矢量信号产生及光纤传输方案,通过适当地调整DPMZM直流偏压和调制指数,矢量信号被调制在光波的+3阶边带,本振信号被调制在光波的-3阶边带,并采用VPI软件对方案进行了仿...     

GaAs/AlGaAs多层膜刻蚀的陡直度

GaAs/AlGaAs多层膜的陡直度较大程度地关系到其实际应用效果,但在实际加工中较难控制,因此有必要研究刻蚀过程中一些主要因素对其陡直度的影响。结合具体工作情况,用AZ1500光刻胶作为掩模,GaAs/Al0.15Ga0.85As多层膜为刻蚀材料,分别使用湿法和干法对其进行刻蚀。湿法刻蚀的刻蚀剂为H3PO4+H2O2溶液,干法刻蚀采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀法,等离子体由Cl2+BCl3(蒸汽)混合气体电离形成。通过控制变量方法,发现湿法刻蚀中刻蚀剂配比和温度以及干法刻蚀中BCl3(蒸汽)流量对刻蚀陡直度的影响规律。由此得出,提高H3PO4所占比例和降低刻蚀温度虽然会降低刻蚀速率,但可以提高多层膜的陡直度;ICP刻蚀的陡直度优于湿法刻蚀,BCl3(蒸汽)的流量在一定范围内对刻蚀陡直度的影响较小。     

改变天线泵浦光斑尺寸对太赫兹辐射影响的研究

从实验上研究了光电导天线电极之间激光光斑大小对太赫兹波产生的影响。另外,理论模拟了激光功率密度与太赫兹波辐射强度之间的关系,与实验结果非常吻合。泵浦光激光功率密度的增加能够显著的提高太赫兹波辐射强度,但是当超过一定值后会趋于饱和,此时若继续减小光斑尺寸,激光功率密度的增加不会使太赫兹产生继续增强。但是,太赫兹波却会随着光斑尺寸的减小而变弱。     

宽频太赫兹异向介质吸收器研究

利用异向介质吸收器的传输线模型及CST仿真软件对其太赫兹波段的宽频吸收特性进行了研究。结果表明：异向介质吸收器对太赫兹电磁波的吸收主要来源于开口环共振单元(SRR)的LC共振。提出了两种使异向介质吸收器获得宽频太赫兹吸收的方法：一是增加LC共振中的等效电阻R,能有效扩展吸收带宽到100GHz以上;二是通过优化具有双吸收...     

基于紧凑十字阵列的角度无关的宽带太赫兹带阻滤波器

介绍了一种可以在一些特殊的频率选择表面上激发额外的反对称模式的紧凑阵列设计. 基于这种设计,本文提出了一种角度无关的宽带太赫兹（THz）带阻滤波器. 紧凑十字架阵列由两层十字架金属阵列组成,其中第二层金属十字架的中心与第一层四个金属十字架单元的中心对齐. 数值结果显示紧凑阵列可以激发出一种额外的谐振模式. 与传统的周期设计相比,基于紧凑阵列的滤波器在带宽、通带平坦度和阻带衰减均有很大的性能提升. 提出的滤波器具有良好的滤波能力,其在1.2 THz的中心频率处具有0.75 THz的10 dB带宽且在0°~60°的范围内对角度不敏感. 此外,紧凑阵列可以被拓展运用到多种不同的结构,如耶路撒冷十字架结构,I型以及II型等结构.     

Integrated heterostructure devices based on II–VI compound semiconductors

Integrated heterostructure devices which combine small band gap and large band gap II–VI materials in multilayered structures for light emission and detection applications are described.     

Fabrication of a terahertz quantum-cascade laser with a double metal waveguide based on multilayer GaAs/AlGaAs heterostructures

The Postgrowth processing of GaAs/AlGaAs multilayer heterostructures for terahertz quantumcascade lasers (QCLs) are studied. This procedure includes the thermocompression bonding of In–Au multilayer heterostructures with a doped n⁺-GaAs substrate, mechanical grinding, and selective wet etching of the substrate, and dry etching of QCL ridge mesastripes through a Ti/Au metallization mask 50 and 100 μm wide. Reactive-ion-etching modes with an inductively coupled plasma source in a BCl₃/Ar gas mixture are selected to obtain vertical walls of the QCL ridge mesastripes with minimum Ti/Au mask sputtering.     

紧凑型超辐射光泵重水气体THz激光器的研制

研制了一种紧凑型超辐射光泵重水气体THz激光器系统,并通过改变THz激光激活室的长度,对THz信号出射光强度与信号增益长度之间的关系进行了实验研究;利用半经典理论,对两者之间的关系进行了理论计算和求解.实验和理论计算结果表明,THz信号出射光强度跟信号增益长度之间存在非线性的关系.在工作气压、温度和泵浦光强度一定的条件下,激光工作室长度存在最佳值,此时介质对信号光的增益和吸收达到平衡,出射的THz信号光强最大,继续延长介质工作长度将会导致THz输出信号的逐步减弱.根据以上结果可以设计确定相关THz激光工作室的最佳长度.