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.     

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。     

基于光抽运-太赫兹探测技术的ZnSe纳米薄膜的光致载流子动力学特性

利用光抽运-太赫兹探测技术,研究了ZnSe纳米 薄膜的载流子弛豫过程和太赫兹波段 电导率的时间演化过程。通过监测THz探测脉冲的变化,系统地研究了ZnSe纳米晶在光激发 载流子诱导下的瞬态光电导特性,并用Drude-Smith模型对瞬态电导率进行了拟合。在400 nm 的激光脉冲激励下,太赫兹脉冲的负透过率呈现出超快的上升和双指数衰减现象。时间常数 为5ps的快速衰减过程主要由ZnSe纳米晶界面缺陷处的光载流子后向散射控制,而时间常数 大于1ns的慢衰减过程主要是由载流子从导带到价带的复合引起的。瞬态电导率随时间的演 化表明,ZnSe纳米材料是制备超快THz开关的很好的备选材料。     

基于硅基石墨烯的全光控太赫兹波强度调制系统研究

在太赫兹通信等系统中需要利用太赫兹波调制器对信号进行调制.基于GaAs 等传统半导体材料设计和制作的调制器在太赫兹波段的响应过低,因而很难应用于太赫兹系统.为了弥补传统调制技术在带宽和调制深度不够的缺点,设计了一种全新的基于硅基石墨烯的全光控太赫兹强度调制系统.该调制系统利用材料中光生载流子对太赫兹波的吸收特性,通过调节照射到材料上的可见光光强来改变光生载流子浓度,从而实现对太赫兹波强度调制.从理论和实验两方面对这种新型太赫兹强度调制系统的调制深度和调制带宽进行了研究.研究结果表明,在泵浦光功率密度为18 mW/mm2时,该调制系统能在实验使用的THz-TDS 测试系统(0.1~2.5 THz)的整个频谱范围内进行有效的调制,调制深度可达到12 %.且随着泵浦光能量的增大,调制深度增大.     

硅基超材料太赫兹波电光调制器

该文基于超材料结构设计制造并表征了一款工作在0.34 THz频率下的太赫兹电光调制器。该调制器通过超材料结构加载电压,从而在超材料结构开口处获得强电场用以输运恒定激光照射下硅基产生的光生载流子。通过电压调制信号调制太赫兹波,实现了调制深度从9%增加到50%,其调制速度达到30 kHz。     

基于太赫兹时域光谱的SBN:Ce陶瓷介电的光调制特性

在室温条件下,基于太赫兹时域频谱(THz-TDS)技术研究了SBN:Ce陶瓷在532 nm连续激光激发下的介电响应.在外加光场的作用下,该陶瓷的介电常数表现出良好的调制特性,介电改变量达到8.5%;同时,介电损耗增加了15%.实验结果表明,该材料折射率的变化|Δn|与外加光场强度呈现线性关系.通过建立模型,分析了SBN:Ce陶瓷的光-铁电机理,这些实验结果可以被归结为,激发的自由载流子在样品内部形成的内建电场导致的介电常数改变.探索铁电陶瓷材料在太赫兹波段的光-铁电性质对于太赫兹波调制器件的研究具有指导意义.     

超快强激光泵浦强太赫兹源及其驱动的材料非平衡态研究进展

太赫兹源是太赫兹科学技术发展和相关应用研究的基础。超快激光为太赫兹的产生和探测提供了稳定、可靠的激发光源。超快激光泵浦各种激发介质可以产生太赫兹波,激发介质主要有4类：1）固体介质,如光电导天线、晶体等;2）气体介质,如空气;3）液体介质,如液态水、液态镓、液氮等;4）等离子体介质,如钛薄膜、金属铜箔。太赫兹场强的进一步提高催生了人们对强场太赫兹与物质的相互作用以及太赫兹非线性光谱学的研究,太赫兹不仅能作为探测物性的手段,其发射光谱亦可以实现对材料中非平衡态载流子与晶格、自旋等有序度的强耦合。本文综述了超快激光激发数种不同类型介质产生太赫兹源的国内外研究发展历程,包括其工作原理以及目前存在的问题,总结了目前强场太赫兹波在物态调控方面的应用,以及太赫兹时间分辨光谱在新型物态探测方面的应用,最后展望了太赫兹源未来的发展趋势和应用前景。     

基于单层二硫化钨光控太赫兹调制器的研究

在太赫兹技术的应用中,控制太赫兹波的传输非常重要,太赫兹调制器被认为是下一代太赫兹无线通信中的重要器件.成功地研究了一种硅上生长单层二硫化钨的新型光泵浦太赫兹调制器,由于在硅衬底和二硫化钨的交界处出会形成异质结,二硫化钨充当着催化剂的作用,在光泵浦的作用下,在异质结处催化出更多的载流子,因此实现了更大的调制深度.结果表明,在泵浦光波长为660 nm、功率仅为117 mW时,该调制器的调制深度达到了63.6%.这种新型二维过渡金属硫化物对太赫兹波的调制有着更高的效率,使其在太赫兹技术中有很好的应用前景.     

太赫兹波前调控器件

正太赫兹波在电磁波谱中介于红外和微波之间。由于其具有许多潜在的应用,得到了人们广泛的重视、人们研发了许多用于太赫兹波谱裁剪和强度调制的器件、但是,却缺少太赫兹波前调制器件。介绍两种新的波前调制方法。第一种方法利用亚波长金属天线实现太赫兹的相位调制。选择八种亚波长天线,他们对太赫兹的振幅调制相通,但相位调制不同。根据不同的波前调制要求可以合理安排天线的分布。设计、制作并表征了透镜、衍射光学元件以及计算相息图、第二种方法是利用空间光调制器将泵浦光打在硅基底上。光生载流子的分布形成了太赫兹振幅全息图,通过光的一级衍射就可以实现预定的振幅相位分布。太赫兹全息图的变化可以达到每秒60帧,实现真正的动态调制。实验结果验证了方法的可行性。     

HEMT太赫兹探测器的二维电子气特性分析

采用分子束外延技术(MBE)对GaAs/Al_xGa_(1-x)As二维电子气(2DEG)样品进行了制备,样品制备过程中,通过改变Al的组分含量、隔离层厚度、对比体掺杂与δ掺杂两种方式,在300 K条件下对制备的样品进行了霍尔测试,获得了室温迁移率7.205E3cm~2/Vs,载流子浓度为1.787E12/cm~3的GaAs/Al_xGa_(1-x)As二维电子气沟道结构,并采用Mathematica软件分别计算了不同沟道宽度时300 K、77 K温度下GaAs基HEMT结构的太赫兹探测响应率,为HEMT场效应管太赫兹探测器的研究和制备提供了参考依据.     

动态可调的太赫兹超构表面

近年来,采用人工设计金属阵列的超构表面以实现对太赫兹波的调制受到越来越广泛的关注。设计了2种互补的亚波长金结构阵列超构表面,正、反结构2个超构表面对太赫兹波均有共振响应。利用光泵浦太赫兹时域透射光谱系统,通过控制泵浦光实现对太赫兹波的谱调制。仅需28 mW的外加泵浦光,反结构超构表面在0.91 THz处的振幅调制深度可达到95%。利用该反结构超构表面对太赫兹波的开关作用,进一步设计了太赫兹振幅全息图,希望利用该结构实现太赫兹波前的动态调控。初步的理论模拟验证了这一方法的可行性,可较好地实现对太赫兹波的动态调控。     

DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜太赫兹波段介电性能研究

导电聚合物材料聚（3，4-乙撑二氧噻吩）:聚（4-苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）是一种在太赫兹波段很有潜力的多功能材料，PEDOT:PSS薄膜的介电性能可以通过掺杂有机溶剂二甲基亚砜（DMSO）来改变.文中利用太赫兹时域光谱（terahertz time-domain spectroscopy，THz-TDS）技术对DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜在太赫兹波段的介电常数进行研究，结合Drude-Smith模型计算了DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜的载流子浓度和载流子迁移率，全面分析了DMSO掺杂PEDOT:PSS薄膜的介电性能.研究表明:薄膜的介电性能可以通过调节掺杂量而改变，当掺杂浓度提高至15 vol%时，薄膜表现出金属特征，而未掺杂和低掺杂浓度的薄膜仍然表现半导体特征.     

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。     

InSb光电导太赫兹辐射理论研究

为了研究锑化铟(InSb)半导体材料的光电导太赫兹辐射过程,推导了太赫兹近场辐射公式。在考虑俄歇弛豫机制对光电导过程影响的情况下,分析了InSb光生载流子浓度、载流子散射率以及光电导表面反射率随时间的变化。结果表明,数值模拟与文献中的实验曲线变化趋势一致,计算结果吻合,证明了该研究方法的正确性。     

用光电导天线产生太赫兹电磁波的饱和效应研究

根据半导体光电子学理论,分析了光注入非平衡载流子(电子-空穴对)的瞬态输运机理,研究了不同条件下的SI-GaAs光电导偶极天线太赫兹波辐射功率和辐射强度的饱和效应.结果表明其主要原因是在外加偏置电场作用下,光注入载流子出现了空间电荷电场屏蔽和辐射电场屏蔽现象,对提高太赫兹波辐射功率和辐射强度起到了遏制作用.对于电极间隙大小不同的天线,两种屏蔽效应的作用不同;在触发光能一定的情况下,照射光斑较大时屏蔽效应较小.     

稀土正铁氧体晶体的太赫兹光学调控研究

正交钙钛矿结构RFeO₃系列稀土正铁氧体材料是一类在近红外波段透明的铁磁材料,关于RFeO₃的超快自旋重取向及其相干控制的研究近年来成为相关领域的研究热点。由于固态材料的磁化振子和电子自旋共振能谱等基本性质的“元激发”能量均在太赫兹能量范围内,得益于太赫兹技术的发展,近年来利用太赫兹超快光学调控RFeO₃晶体中不同离子间的交换相互作用、磁各向异性自旋-声子耦合等也取得了一系列突破,对磁学的基础研究具有重要意义。结合笔者近几年的研究进展,总结了国内外RFeO₃晶体太赫兹光学调控研究情况,并对该类晶体的超快光磁研究进行了展望。     

微纳复合结构增强硅基太赫兹调制器性能

研究了由微米金字塔阵列和纳米级氧化铝(Al2O3)薄膜构成的微纳复合结构对硅基光控太赫兹调制器调制性能的增强效应和机制。实验表明,相对于半导体硅片,硅表面的微米金字塔阵列能够显著减少激光反射率,提高对激光的利用率,且能增加太赫兹波的调控面积。更重要的是,金字塔阵列上沉积的纳米级厚度Al2O3薄膜还能进一步降低激光反射率,并能明显提升太赫兹波的调制效果,在95.5 mW/mm2的激光功率密度下,其调制深度可达91.2%。该光控太赫兹调制器在低激光功率下拥有高调制深度,在太赫兹成像和通信领域都有巨大的应用潜力。     

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。     

氧化铝晶体的太赫兹光谱特性研究

利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术研究了氧化铝(Al2O3)在宽带太赫兹波范围(0.2～3.0 THz)内的光谱特性.改变晶体光轴与太赫兹脉冲偏振方向间的夹角(方位角),得到了Al2O3晶体在不同方位角下的太赫兹时域谱,计算了Al2O3晶体o光和e光的折射率和吸收系数,并画出了Al2O3晶体在太赫兹波段的折射率椭...     

石墨烯太赫兹波段性质及石墨烯基太赫兹器件

石墨烯在太赫兹波段的优异性质,使其在太赫兹源、太赫兹探测和太赫兹调控三个方面都具备广阔的应用前景。主要对石墨烯在太赫兹波段的性质及石墨烯基太赫兹器件的相关研究进行了综述,并对石墨烯在太赫兹波段的应用前景进行了展望。在石墨烯太赫兹波段性质方面,主要介绍了石墨烯的电导模型、静态和超快光谱响应特性,以及表面太赫兹波辐射特性。在石墨烯基太赫兹器件方面,主要综述了基于光、电、磁调控的太赫兹主动器件,石墨烯基超材料的太赫兹调制器,基于阻抗匹配的减反射调控器件,以及可调太赫兹源器件的最新研究进展。