基于鐵電薄膜材料的太赫茲波調(diào)制特性及可調(diào)諧太赫茲器件的研究.pdf

1、太赫茲可調(diào)諧器件是太赫茲研究領(lǐng)域的重要組成部分。利用鐵電薄膜設(shè)計(jì)的太赫茲波頻段的調(diào)制器件受到了廣泛關(guān)注，因?yàn)楸∧げ牧蠞M足器件小型化和集成化的發(fā)展趨勢(shì)。本論文采用光泵浦、外加偏置電場(chǎng)以及溫度控制的方式，利用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)硅基和鈦酸鍶基的鈦酸鍶鋇薄膜(薄膜材料為Ba0.5Sr0.5TiO3)，以及鈦酸鍶基的可調(diào)諧吸收器在太赫茲頻段的光電特性進(jìn)行了研究，并進(jìn)一步探討了影響鐵電薄膜調(diào)制和鈦酸鍶基的可調(diào)諧吸收器的微觀機(jī)制。主要研究結(jié)果如下：

2、
　　1、研究了連續(xù)激光泵浦硅基鈦酸鍶鋇薄膜在太赫茲波段的調(diào)制特性，研究?jī)?nèi)容包含吸收系數(shù)和介電常數(shù)等參數(shù)，其中介電常數(shù)的實(shí)部調(diào)制度可達(dá)到22％，且薄膜吸收率的調(diào)制深度達(dá)到16%；研究其物理機(jī)制，是由于硅基鈦酸鍶鋇薄膜在太赫茲波段的光生載流子濃度隨著泵浦光強(qiáng)的增加而增加，由于載流子和雜質(zhì)吸收能量在材料內(nèi)部重新分布，最終產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)，該內(nèi)建電場(chǎng)會(huì)使鐵電薄膜材料的介電常數(shù)和對(duì)太赫茲的吸收率在一定的外加光強(qiáng)范圍內(nèi)具有可調(diào)制性。
　　

3、2、使用外加直流偏置電壓調(diào)制鈦酸鍶基鈦酸鍶鋇薄膜的介電響應(yīng)，該薄膜在太赫茲頻段的介電常數(shù)通過(guò)太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，研究了該薄膜的介電調(diào)制特性，在外加電壓值達(dá)到30 V的情況下，介電常數(shù)的實(shí)部和虛部的調(diào)制深度分別達(dá)到了74.8%和33.6%。進(jìn)一步理論分析可以得到：外加偏置電場(chǎng)對(duì)鈦酸鍶基鈦酸鍶鋇薄膜在太赫茲波段介電常數(shù)的調(diào)制與偏置電場(chǎng)增大的過(guò)程中薄膜材料的軟模硬化有關(guān)，該硬化使鐵電薄膜材料的介電常數(shù)在一定的偏置電壓范圍內(nèi)減小。

4、>　　3、研究了基于鈦酸鍶鐵電材料為襯底的雙通帶和多通帶的溫控可調(diào)諧太赫茲超材料的吸收器。利用有限時(shí)域差分法計(jì)算了在250 K~400 K范圍內(nèi)該超材料吸收器的太赫茲透射譜、介電特性以及器件的電場(chǎng)能量密度分布，該調(diào)制度最高可達(dá)27%；同時(shí)也計(jì)算了超材料吸收器在200 K~400 K范圍內(nèi)的太赫茲透射譜以及器件的電場(chǎng)能量密度分布，該調(diào)制度最高可達(dá)67.3%。分析得到頻率調(diào)制的機(jī)理是由于介電層鈦酸鍶折射率隨溫度的改變。該方法對(duì)設(shè)計(jì)溫度控制調(diào)

5、制深度的可調(diào)諧太赫茲超材料器件提供了相應(yīng)的指導(dǎo)。
　　4、研究了基于銻化銦的溫控金屬-鐵電體混合結(jié)構(gòu)的太赫茲調(diào)制器，利用有限時(shí)域差分法計(jì)算了吸收器在250 K~450 K范圍內(nèi)的太赫茲透射譜、工作頻率以及器件的電場(chǎng)能量密度分布，比較了在加載鐵電薄膜的情況下，可調(diào)諧太赫茲吸收器調(diào)制深度的變化，結(jié)果表明該調(diào)制器在加入鐵電薄膜后，可實(shí)現(xiàn)太赫茲頻段的溫控可調(diào)諧吸收，并在中間層加上鈦酸鍶薄膜后，調(diào)制深度由79.07%增大到了84.06%。該