基于VO2薄膜的THz波調制器件研究.pdf

1、由于具有其他波段無法比擬的特點,THz波在成像、通信、生物醫(yī)學等眾多領域都具有廣闊的應用空間。而THz技術要真正步入實際應用,相應的調制器件是必不可少的,所以隨著THz波發(fā)射和探測技術的不斷發(fā)展,對THz調制器件的研究也越來越引起人們的重視。本論文旨在利用VO2薄膜的相變特性通過對THz波振幅進行調制以實現(xiàn)THz頻率范圍的濾波功能。
　　首先,對調制器件相關材料在THz波段的具體參數(shù)進行了提取。為此,推導了一般情況下材料參數(shù)與TH

2、z波透過譜之間的關系,并且根據(jù)材料厚度的不同,分別對塊狀晶體和薄膜材料分別進行討論計算。最終根據(jù)上述理論求得了論文中涉及到的藍寶石基底和VO2薄膜在THz波段的折射率、電導率以及介電常數(shù)等信息。
　　其次,利用具有快速退火工序的磁控濺射手段制備了 VO2薄膜,并且利用THz時域頻譜系統(tǒng)研究了經過不同退火溫度和退火時間處理過的 VO2薄膜的光致相變特性。通過分析相變深度、相變點寬度、相變閾值等參數(shù),得出退火溫度和退火時間分別為560

3、°和60 s時,制備的VO2薄膜相變性能最好,對于THz波可以獲得將近80％的調制度。同時也對 VO2薄膜的熱致相變進行了研究,獲得的結果跟光致相變相一致。
　　最后,把具有相變特性的VO2薄膜與金屬孔陣列的表面等離子激元(SPP)相結合,通過改變金屬孔結構形狀和介電層實現(xiàn)了對 THz波的靈活調制。經過理論模擬,分別得出十字結構的SPP共振特性與十字形狀以及基底VO2薄膜電導率之間的關系。之后通過光刻手段,以 VO2薄膜作為基底,