本文關鍵詞：硅基復合結構及其太赫茲調控特性研究

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【摘要】：隨著太赫茲輻射源和探測裝置的種類和性能不斷發(fā)展,人們對于太赫茲波的認知越來越全面,太赫茲技術的相關應用也不斷影響到各個領域。由于其獨特的電磁頻譜特性,在醫(yī)學檢測、通信、成像和探測等領域的作用有望超過其他頻段的波譜。然而傳統的功能器件如調制器/開關、濾波器、吸收器和極化器等無法用于太赫茲波段,各個領域對功能器件的需求日益迫切。但是,不同領域需要的功能器件的性能都有所差別,例如在太赫茲通信中,需要調制速率足夠快的調制器來縮短通信傳輸的時間,而對其調制深度要求并不高;但在太赫茲成像中則要求調制器具備足夠大的調制深度去提高成像系統的清晰度和精確度,相對對其調制速率的要求卻很低,一般kHz量級的調制速率足夠滿足成像需求。本文提出兩種硅復合結構提高調制器件的調制深度。首先將摻金硅與單層石墨烯薄膜結合,形成硅/石墨烯復合結構,該復合結構在激光作用下可有效提高器件的調制深度。當沒有激光作用時,石墨烯和摻金硅都對太赫茲波高度透明,其透射率為65%;當有激光作用在摻金硅表面,產生的光生載流子由于濃度差向石墨烯層擴散,在“石墨烯-摻金硅”界面形成電導層,由于石墨烯具有極高的電子遷移率,因此形成的電導層會大幅度吸收和反射太赫茲波,透射率降為45%,調制深度比摻金硅提高50%,調制速率可達2.2MHz。其次,在高阻硅襯底上制作一種二維光子晶體,形成光子晶體/高阻硅復合結構。該復合結構不但可以增加器件的調制深度,還能減小插入損耗。說明了四種不同的入射方式對調制特性的影響,并給出了合理的解釋。當激光作用于硅層時,形成的電導層不但吸收從正面入射的太赫茲波,還將一部分太赫茲波以漫反射的形式反射到光子晶體中,被局域在光子晶體中并對入射的太赫茲波產生干擾,從而降低太赫茲波的透射幅度,提高調試深度,最大調制深度可達97%,但調制速率較小,只有10kHz。最后,將Si-PC復合結構用于THz成像中,進一步說明這種復合結構對調制深度的增加。本論文提出的兩種硅復合結構能有效提高調制器件的調制深度,實現工藝簡單,成本低廉,提高效果較好,使用于太赫茲成像系統中。
【關鍵詞】：復合結構 摻金硅 石墨烯 光子晶體
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O441.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 太赫茲波研究背景10-11
• 1.2 石墨烯太赫茲調制器的國內外研究現狀11-14
• 1.2.1 電控石墨烯太赫茲調制器11-12
• 1.2.2 光控石墨烯太赫茲調制器12-14
• 1.3 光子晶體在太赫茲技術中的應用14-17
• 1.3.1 太赫茲光子晶體波導14-15
• 1.3.2 太赫茲光子晶體調制器15-16
• 1.3.3 太赫茲生物成像探測器16-17
• 1.4 論文研究內容17-19
• 第二章 電光調制系統的構建19-28
• 2.1 激光調制技術簡介19-21
• 2.1.1 激光調制技術簡介20-21
• 2.1.2 電光調制21
• 2.2 電光調制系統的搭建21-26
• 2.2.1 系統搭建21-23
• 2.2.2 系統測試和調試23-26
• 2.3 太赫茲波相關測試平臺簡要介紹26-27
• 2.3.1 太赫茲空間傳輸測試平臺26
• 2.3.2 太赫茲時域光譜測試平臺26-27
• 2.4 本章小結27-28
• 第三章 摻金硅及其石墨烯復合結構的太赫茲調制特性研究28-42
• 3.1 不同局域摻金對太赫茲器件的調制特性研究28-35
• 3.1.1 局域摻金硅樣品的制備28-30
• 3.1.2 不同局域摻金對太赫茲調制特性的研究30-35
• 3.2 摻金硅與石墨烯復合結構的太赫茲調制特性研究35-40
• 3.2.1 摻金硅與石墨烯復合結構樣品的制備35-36
• 3.2.2 摻金硅與石墨烯復合結構的太赫茲調制性能研究36-40
• 3.3 本章小結40-42
• 第四章 光子晶體與硅復合結構的太赫茲調制特性研究42-55
• 4.1 光子晶體與硅復合器件的制備42-44
• 4.2 光子晶體與硅復合器件的太赫茲性能研究44-53
• 4.2.1 不同入射方式對調制深度的影響44-48
• 4.2.2 太赫茲時域譜測試48-50
• 4.2.3 數據處理與優(yōu)化50-53
• 4.3 太赫茲成像53-54
• 4.4 本章小結54-55
• 第五章 總結和展望55-57
• 5.1 總結55-56
• 5.2 展望56-57
• 致謝57-58
• 參考文獻58-62
• 攻讀碩士學位期間取得的成果62-63

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本文編號：580596