光诱导氧化钒薄膜原位太赫兹波调制特性研究

采用磁控溅射及快速热氧化法在c-Al2O3基底制备出高质量的氧化钒薄膜。首先,分析结果表明所制备的氧化钒薄膜表面颗粒大小均匀,表面均方根粗糙度约为16.75 nm,主要成分为VO2和V2O5,V4+离子的含量为78.59%,所制备的氧化钒薄膜具有稳定的热致相变特性;其次,光诱导下薄膜的THz波调制特性研究结果显示,随着激励光功率增大,薄膜的THz透过率逐渐减小;最后,经过多次原位反复测试结果表明所制备的氧化钒薄膜具有稳定可逆的THz波调制特性,可应用于太赫兹开关和调制器等集成式太赫兹功能器件。     

基于VO2相变的光控太赫兹调制器

基于VO2薄膜相变特性,通过在石英基底上制备VO2薄膜和亚波长金孔阵列,并在理论和实验上研究了金属孔阵列与VO2薄膜置于基底同侧和异侧的两种太赫兹(THz)调制器。系统研究了在光泵浦条件下两种样品的THz波的传输特性。结果表明,随着泵浦光功率的改变,两种结构的器件均可以实现对THz波强度的调制。对比分析两种结构器件的THz透射谱发现,紧邻金属孔阵列的金属相VO2能够有效地抑制THz表面等离子体的局域透射增强效应,使调制器的调制深度得到显著增强,这对基于相变材料调制器的设计具有重要意义。     

氧化钒薄膜太赫兹波段频率特性研究

利用直流对靶磁控溅射镀膜法,在Si衬底上制备出在太赫兹（THz）波段具有开关性能的氧化钒（VOx）薄膜。用X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）方法对VOx薄膜的组份和形貌进行表征。利用THz时域频谱系统（THz-TDS）对VOx薄膜的光致相变性能进行测试。实验表明,VOx薄膜在波长532 nm连续激光照...     

快速热处理对磁控溅射VO2薄膜光电特性的影响

采用反应磁控溅射法制备二氧化钒(VO2)薄膜,并对其进行快速热处理(RTP)。主要研究500℃快速热处理10、15、20s工艺条件下VO2薄膜结晶状况和光电性能的变化。在20℃～80℃温区内,应用四探针薄膜电阻测试方法和太赫兹时域频谱技术(THz-TDS)测量了各样品的电学相变特性和光学相变特性。结果表明,经过快速热处理的样品电学相变幅度均达到了2个数量级以上;THz波的透射率在半导体-金属相变前后的最大变化达到了57.9%。同时发现,热处理500℃,10s时VO2的电学和光学相变幅度相对要大,当热处理时间达到15s左右时薄膜的相变幅度变化不再明显。快速热处理时间的长短对热致相变温度点的影响较小,但热致电学相变和光学相变的相变温度点不同:光学相变的温度为60℃左右,电学相变温度则在56℃附近。     

磁控溅射结合快速热处理制备相变氧化钒薄膜

采用直流对靶磁控溅射结合快速热处理工艺制备了具有金属-半导体相变特性的氧化钒(VOx)薄膜。利用XRD,XPS和SEM对薄膜结晶结构、薄膜中V的价态与组分及表面微观形貌进行分析,利用四探针测试法及太赫兹时域频谱系统对薄膜的电学和光学特性进行测量。结果表明:新制备VOx薄膜以非晶态V2O5为主;350℃,30 s快速热处理后,薄膜中V的整体价态降低,表面颗粒分布更加致密;500℃,30 s快速热处理后,薄膜中VO2(002)向单斜结构的VO2(011)转变,VO2(011)占主要成分,薄膜显示出明显的金属-半导体相变特性,方块电阻下降达到3个数量级,太赫兹透过率下降接近70%,热致相变性能良好。     

基于二氧化钒薄膜的太赫兹开关器件

二氧化钒(VO2)作为一种优质的光电功能材料一直备受人们的关注,在信息存储、光调制器、太阳能电池、光电探测器等方面有着重要应用。采用磁控溅射及原位退火氧化的"两步法"制备了VO2薄膜,并对其进行晶态、形貌表征。设计并搭建VO2薄膜热致相变实验系统,研究了VO2薄膜在变温条件下对2.52 THz辐射的开关特性。结果表明,VO2薄膜样品为多晶态,具有明显的太赫兹调制效果,可以实现对2.52 THz波的调制,并可作为太赫兹开关/调制器件的功能材料。     

不同升温热处理方式二氧化钒薄膜的制备与光学相变性能

采用双离子束溅射方法制备氧化钒薄膜,分别利用常规和快速两种升温方式对氧化钒薄膜进行热处理,利用傅里叶变换红外光谱技术对热处理后氧化钒薄膜的变温光学透射性能进行测试,并对5μm波长处透过率随温度的变化曲线进行相变特性分析.实验结果表明,经过常规和快速升温热处理后均获得了二氧化钒薄膜;快速升温热处理后得到的薄膜中二氧化钒晶粒较小,尺寸分布均匀;而常规升温热处理后的二氧化钒薄膜中晶粒尺寸分布较宽、常规和快速升温热处理后,氧化钒薄膜的光透过率均存在可逆突变特性,变化幅度均超过60%.相变性能分析结果表明,快速升温热处理获得的二氧化钒薄膜相变持续的温度宽度较大,光学相变温度为63.74℃,高于常规升温热处理的60.31℃.     

基于氧化钼薄膜的光控太赫兹传输特性研究

本文采用热蒸发法制备了沉积在硅片上的200nm 氧化钼(MoO₃)的太赫兹调制薄膜。 在室温条件下,通过傅里叶光谱仪和太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)技术,研究了MoO₃薄膜在不同激励光功率下的太赫兹传输特性。提出了薄膜重要光学参数的提取模型,利用透 射式太赫兹时域光谱技术测量了薄膜的时域信号,分别计算了太赫兹波在薄膜中的透过率及 调制效率及薄膜的复介电常数变化。结果表明,在980 nm激光器条件 下,随着激光器功率 的提高,MoO₃薄膜的太赫兹调制深度逐渐增加。在激光功率为266 mW时,在0.26 THz处 透过率达到最低为61%,调制效率(Modulation factor)达到最高为10%。通过分析MoO₃薄膜 的复介电常数及载流子密度变化,得出了激发生成的载流子浓度的提高导致介电常数的改变 , 增强了薄膜的导电性,从而减低了太赫兹波在薄膜中的透过率的结论。为MoO₃薄膜应用在 太赫兹波段调制领域提供了实验数据。     

高调制度光致相变特性氧化钒薄膜太赫兹时域频谱研究

基于太赫兹(THz)时域频谱技术研究了飞秒激光激发下氧化钒纳米薄膜的光致绝缘体-金属相变特性。利用直流磁控溅射法在不同条件下制备了一系列蓝宝石基底上的氧化钒薄膜,通过测量薄膜发生光致相变后太赫兹波的透射率来评估成膜质量,得出在溅射时间60min不变的情况下,退火时间和退火温度分别为60s和560℃时可以得到性能非常良好的氧化钒薄膜。在上述最佳条件下制备的氧化钒薄膜的相变深度可达80%。利用薄膜近似计算了太赫兹波段氧化钒薄膜在光致相变过程中电导率的变化,计算结果表明电导率实部在103Ω-1·cm-1量级,并基于Drude模型得到了金属态氧化钒薄膜的复介电常数以及复折射率。在绝缘衬底上制备的具有明显阈值激发功率且相变深度大的氧化钒薄膜将在太赫兹调制器件中有重要应用。     

VOx薄膜的sol-gel法制备

通过对工艺条件的研究,解决了钒有机溶胶与基片的亲水性问题,提出了成膜牢固的亲水处理方法,制备出了无裂纹、致密性好的VOx薄膜。测量结果表明,520℃热处理条件下的VOx薄膜样品的平均电阻温度系数达到了3.95%K–1。而470℃热处理下的VOx薄膜样品,其升降温阻温特性一致性很好,可用作高灵敏度红外探测器敏感元材料。     

光激发半导体硅片对宽带太赫兹波的调制研究

利用光泵浦-太赫兹(THz)探测(OPTP)技术,研究 了THz波在Si半导体界面间的传输行为。通过改变抽 运光密度从而改变样品表面的载流子浓度,实现对THz波透射/反射的有效调制。在外加中心 波长为800nm 的飞秒激光激发块体半导体Si片时,成功实现了对宽带THz波时域谱包括入射THz 脉冲振幅和 相位以及THz波次级反射峰抗反射的调制。光激发Si片可以获得任意载流子浓度 的Si片实现对 THz脉冲振幅的调制,调制度达到90%以上;光激发Si片能够使THz脉 冲的相位发生负延迟,随着 泵浦光密度的增加,负的相移越来越明显,随着频率的增高,负的相移也越来越明显;光激 发Si片还能够 对THz波的次级反射峰进行调制,随着泵浦光密度的改变,实现对次级反射峰的π相位以及 次级反 射峰抗反射的调制。光激发Si片对宽带THz波时域谱的调制为THz波在通信、国防安全等领域 的应用奠定了基础。     

纳米VO2薄膜相变特性的红外透射表征研究

采用双离子束溅射VOx薄膜附加热处理的方式制备纳米VO2薄膜,利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分别对其结晶结构和表面形貌进行了测试,利用傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)对热驱动下纳米VO2薄膜相变过程中的光学性能进行测试与分析。实验结果表明,经400℃N2热处理后,获得了由纳米颗粒组成的VO2薄膜;在所测试的红外波段,纳米VO2薄膜内颗粒发生相变的初始温度随波长的增加而升高,薄膜的相变温度点随波长增加也逐渐升高。     

乙基红掺杂聚合物薄膜全光开关特性的研究

用偶氮染料乙基红(EthylRed,简称ER)掺杂到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)并用重复旋涂法制成了聚合物薄膜。研究了在不同功率和不同调制频率的控制光(532nm,CW)激发下,不同掺杂浓度薄膜样品的全光开关特性。结果表明:在室温和8mW的控制光功率条件下,乙基红聚合物薄膜的开关响应时间少于2.5ms并且开关的调制深度在50%以上,最大的调制深度达72%,合适的掺杂浓度(质量分数)为2%~6%薄膜样品的开关特性较优。     

基于石墨烯的光控太赫兹调制器

研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统,实验证明了在1 550 nm飞秒光泵浦下,该太赫兹调制器工作带宽为0.2~1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 mW时,该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%,平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1,在0.2~0.7 THz,调制深度均高于50%,最大调制深度为62%（0.38 THz）。实验结果表明,相比于纯锗基太赫兹调制器,单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。     

光泵THz激光器输出特性的影响因素分析

设计稳定可靠的THz激光器, 缩小THz激光器的体积一直是THz领域的研究热点。基于速率方程组, 建立了光泵THz激光器的理论模型。数值模拟和分析了不同工作温度、腔内压强、腔尺寸、泵浦光波动等因素对THz激光输出产生的影响。研究结果表明: 泵浦光功率越高, THz激光输出对工作温度的变化越敏感, 则越有必要建立稳定可靠的温度控制系统;在保持功率输出一定的前提下, 通过适当提高THz激光腔内工作气体压强, 可以缩小THz激光器的体积;泵浦光功率越低, THz激光的输出性能对泵浦光功率波动及频率漂移越敏感, 此时, 需要对泵浦光稳定性进行控制, 更为关键的在于控制泵浦光的频率稳定性。     

基于偏振调节的太赫兹量子级联激光器双光梳研究

太赫兹量子级联激光器（THz QCL）双光梳在光谱检测、测距、成像等领域具有重要应用。双光梳信号严重依赖THz耦合光功率。利用THz QCL激射光为线偏振光的特性,在双光梳光路上插入线偏振片,通过旋转偏振片以达到对THz光强进行调节的作用。系统研究了THz QCL双光梳谱和功率与偏振角度的依赖关系,为实现高稳定THz双光梳光源与应用奠定基础。     

半导体表面等离子体效应对THz波传输特性的影响

本文提出了一种利用激光照射高阻硅来控制硅片中THz波传输特性的方法.利用波长为808nm的激光照射高阻硅产生光生电导来控制硅片对THz波的吸收系数,进而控制硅片中THz波的传输特性,并测量了在光强为1.9W/cm2的激光照射下硅片对THz波的透射特性.在1.9W/cm2的激光照射下,0.07cm硅片的THz波透射量减少了20%.实验证明,利用激光控制硅片中的THz波传输是可行的.     

0.14 THz双注折叠波导行波管的高频系统设计

随着太赫兹通信技术的发展,对于0.14 THz折叠波导行波管(FWTWT)的研究需求向着更高的功率和更宽的带宽发展。对双注行波管中的双路折叠波导慢波电路进行分析,得到不同参数下的高频特性变化规律。并对双路折叠波导慢波电路的功率分配和功率合成效率进行分析计算,得到功率合成效率96.3%。最后对双路慢波电路、功率分配/合成器和集中衰减器进行建模,并对注波互作用进行计算。在高压15 kV和单注电子的发射电流为40 mA条件下,得到0.14 THz频率下的合成输出功率为56 W,增益为31.4 dB,3 dB带宽为7 GHz。     

太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜的超快太赫兹调制

研究了利用太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜(CH_3NH_3PbI_3 and CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x)的皮秒尺度的超快太赫兹调制特性.在光激发作用下出现了太赫兹透射波的瞬时下降.相比于CH_3NH_3PbI_3薄膜,在光激发作用下CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜展现了更高的调制深度(10%).通过测算材料的电导率及载流子浓度,其调制机理为瞬态光激发载流子浓度上升.实验结果表明,CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜可作为一种高效超快太赫兹调制器件.     

太赫兹液晶可调谐功能器件

介绍了不同液晶材料在太赫兹(THz)波段的光学各向异性和外场调制特性。在此基础上,综述了几种基于液晶与人工电磁微结构相结合的THz功能器件,该器件可实现对THz波的调谐滤波、电磁诱导透明、相位调制以及偏振控制功能等;系统地分析了液晶与人工电磁微结构的相互作用机理、THz波长尺度下液晶的外场调控规律与表面相互作用。此外,还对THz液晶光子器件的研究发展趋势进行了展望。