基于雙電光分子聚合物薄膜器件的THz時域譜系統(tǒng)的研制與介電譜測量.pdf

1、近十多年來，太赫茲時域光譜技術已廣泛應用于工業(yè)生產和科學研究當中，但太赫茲輻射源和探測源一般采用電光晶體，受晶體本身晶格結構和相位匹配的影響，難以獲得寬頻帶和高振幅的太赫茲時域光譜系統(tǒng)。電光聚合物與傳統(tǒng)電光晶體相比，具有高的電光系數(shù)、大的相干長度以及無聲子吸收間隙等優(yōu)點，使其成為實現(xiàn)此系統(tǒng)最理想和極具應用前景的太赫茲輻射源和探測材料。電光聚合物作為新興的太赫茲輻射源檢測材料雖然優(yōu)勢明顯，但受聚合物材料本身性質、極化方式、成膜工藝等限制，

2、高電光系數(shù)、良好的生色團取向穩(wěn)定度以及在太赫茲波段低色散等綜合性能優(yōu)良的材料仍很缺乏。因此，合成高品質的電光聚合物材料，使之能夠廣泛運用于太赫茲時域光譜系統(tǒng)之中具有重要的研究意義和實用價值。
　　本文以側鏈型電光聚合物為主體，通過物理混合方式再摻入一定比例的小電光分子制備了具有雙電光分子的聚合物體系。通過強極性的小電光分子的摻入使得作為主體的側鏈型聚合物的極性得到改善，使其在外部電場作用下，側鏈上的生色團分子更易取向。另外，小電光

3、分子的引入，聚合物體系的生色團分子含量增加，宏觀上表現(xiàn)出的非線性光學效應得到增強。電光系數(shù)和生色團取向穩(wěn)定度的測試結果表明，雙電光分子聚合物EDB(6wt％)/2，4-二硝基苯胺接枝咔唑聚磷膦(94wt％)的電光系數(shù)能達到33pm/V，且在室溫下放置600小時后，生色團取向穩(wěn)定度能夠保持在初始值的69％。
　　目前用于太赫茲時域光譜系統(tǒng)中的電光聚合物薄膜探測器件常采用三明治結構，即聚合物夾在兩層透明導電氧化物層（常用ITO玻璃實現(xiàn)

4、）之間，或者夾在透明導電氧化物層與金屬層之間。這種薄膜器件制備簡單，但在實際運用中導電層在太赫茲波段的吸收性和高反性都會影響器件的探測效率和靈敏度。另一方面，這種三明治結構薄膜器件極化電場方向與聚合物薄膜表面垂直，在使用時需要考慮太赫茲脈沖的入射角度。本文利用激光微刻技術在覆有金屬薄膜的玻璃襯底上生成了插指電極陣列，制備了具有共面電極結構的薄膜探測器件。由于電極共面，一方面避免了電極對探測靈敏度的影響，另一方面就是極化電場方向與聚合物薄

5、膜表面平行，太赫茲脈沖可以垂直入射，不用考慮入射角度對探測效率的影響，從而提高太赫茲波的探測效率。實驗結果表明，在相同薄膜厚度下，共面插指電極結構薄膜器件與三明治結構薄膜器件得到的振幅比約在1.3左右，即探測效率能夠提高30％左右。
　　太赫茲時域光譜技術用于聚合物電介質的測試當中，主要是獲取樣品在太赫茲波段的頻譜特性，從而得到樣品在太赫茲波段下的折射率、吸收系數(shù)等光學特性參數(shù)。本文選取了在電介質工程應用領域中常用的低密度聚乙烯(