一种调控太赫兹波振幅的调制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种调控太赫兹波振幅的调制器，该调制器包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；设置在所述衬底上表面的含有掺杂元素的硅结构阵列，所述硅结构阵列包括多个阵列排布的阵列单元。该调制器中的含有掺杂元素的硅结构阵列同时具有提供电磁共振和对外加光泵浦敏感的两大作用，由于通过外加的飞秒激光对含有掺杂元素的硅结构阵列产生泵浦并激发大量的自由载流子，因此该调制器可以通过控制泵浦激光和太赫兹探测波之间的时间延迟来控制载流子的激发和复合过程，进而实现对太赫兹波振幅的主动调节。

A modulator for controlling the amplitude of terahertz wave

The utility model discloses a modulator for modulating the amplitude of terahertz wave, which comprises a substrate comprising a relatively set upper and lower surface, and a silicon structure array containing doping elements arranged on the surface of the substrate, which comprises a plurality of array elements. The silicon structure array containing doping elements in the modulator can provide both electromagnetic resonance and external optical pumping sensitivity. Because the femtosecond laser pumps the silicon structure array containing doping elements and excites a large number of free carriers, the modulator can control the pumping laser. The time delay between the THz probe wave and the THz probe wave controls the excitation and recombination process of the carrier, and then realizes the active adjustment of the amplitude of the THz wave.

【技术实现步骤摘要】
一种调控太赫兹波振幅的调制器
本技术涉及主动控制电磁波振幅器件
，更具体地说，尤其涉及一种调控太赫兹波振幅的调制器。
技术介绍
主动控制电磁波振幅的器件在微波、太赫兹波、中远红外和光纤通讯等诸多电磁波段是非常重要的一种器件。针对太赫兹波段(0.1THz-10THz)，由于天然材料对太赫兹波的响应强度较弱，因此往往采用人工周期结构的超材料来调控太赫兹波。为了实现太赫兹波的主动调控，研究人员常常把超材料和一些可调控的材料如石墨烯、硅或锗等结合在一起来调控太赫兹波。其中，单晶硅是一种性能优异的半导体材料，在近红外至紫外光泵浦的情况下会产生大量的自由载流子，对应于太赫兹波谱，是从基态时的高透过率转变为激发态的低透过率。但是，现有的用于调控太赫兹波的都是基于金属和单晶硅的复合结构，其中，金属的损耗较大，且硅的载流子寿命很长。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术提供了一种调控太赫兹波振幅的调制器，将掺杂并退火的硅薄膜制作成微结构阵列，显著减小了硅的载流子寿命，同时采用基于硅的介质超材料取代现有的复合超材料，大大减小了太赫兹波的损耗，进而实现对太赫兹波振幅的超快调控。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种调控太赫兹波振幅的调制器，所述调制器包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；设置在所述衬底上表面的含有掺杂元素的硅结构阵列，所述硅结构阵列包括多个阵列排布的阵列单元。优选的，在上述调制器中，所述衬底为二氧化硅衬底或氧化铝衬底。优选的，在上述调制器中，所述阵列单元的材料为单晶硅或多晶硅。优选的，在上述调制器中，所述掺杂元素为硼或磷或砷。优选的，在上述调制器中，所述掺杂元素的掺杂剂量范围为1012/cm2-1016/cm2，包括端点值。优选的，在上述调制器中，所述阵列单元的厚度大于或等于500nm。优选的，在上述调制器中，所述衬底的厚度为100μm-1mm，包括端点值。优选的，在上述调制器中，所述硅结构阵列中阵列单元的形状为圆柱体或长方体或正方体。本技术还提供了一种调控太赫兹波振幅的调制器的制作方法，所述制作方法包括：提供一衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；在所述衬底的上表面形成硅薄膜层；将掺杂元素掺杂至所述硅薄膜层中；对掺杂完成所述掺杂元素的硅薄膜层进行刻蚀处理，形成含有掺杂元素的硅结构阵列。优选的，在上述制作方法中，所述将掺杂元素掺杂至所述硅薄膜层中包括：采用离子注入的方式将所述掺杂元素注入至所述硅薄膜层中。通过上述描述可知，本技术提供的一种调控太赫兹波振幅的调制器包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；设置在所述衬底上表面的含有掺杂元素的硅结构阵列。该调制器中的含有掺杂元素的硅结构阵列同时具有提供电磁共振和对外加光泵浦敏感的两大作用，由于通过外加的飞秒激光对含有掺杂元素的硅结构阵列产生泵浦并激发大量的自由载流子，因此该调制器可以通过控制泵浦激光和太赫兹探测波之间的时间延迟来控制载流子的激发和复合过程，进而实现对太赫兹波振幅的主动调节。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的一种调控太赫兹波振幅的调制器的截面示意图；图2为本技术实施例提供的一种调控太赫兹波振幅的调制器的俯视图；图3为本技术实施例提供的一种调控太赫兹波振幅的调制器的制作方法的流程示意图；图4为本技术实施例提供的一种调控太赫兹波振幅的调制器的立体结构示意图；图5为本技术实施例提供的一种太赫兹波的透过率随着红外泵浦光强变化的频谱；图6为本技术实施例提供的一种太赫兹波的透过率随泵浦光和探测光时间延迟变化的频谱。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1和图2所示，图1为本技术实施例提供的一种调控太赫兹波振幅的调制器的截面示意图；图2为本技术实施例提供的一种调控太赫兹波振幅的调制器的俯视图，所述调制器包括：衬底11，所述衬底11包括相对设置的上表面和下表面；设置在所述衬底11上表面的含有掺杂元素的硅结构阵列，所述硅结构阵列包括多个阵列排布的阵列单元12。需要说明的是，所述调制器还包括封装结构等任何需要的外部结构，且结合外部光源使用，例如飞秒激光源等，其中，所述飞秒激光源输出的激光波长小于1000nm，脉宽小于100fs。该调制器中的含有掺杂元素的硅结构阵列同时具有提供电磁共振和对外加光泵浦敏感的两大作用，由于通过外加的飞秒激光对含有掺杂元素的硅结构阵列产生泵浦并激发大量的自由载流子，因此该调制器可以通过控制泵浦激光和太赫兹探测波之间的时间延迟来控制载流子的激发和复合过程，进而实现对太赫兹波振幅的主动调节。进一步的，在本技术实施例中，所述衬底11的材料为在100GHz-10THz频率范围内为透明物质材料，包括但不限定于二氧化硅或氧化铝等。进一步的，在本技术实施例中，所述衬底11的厚度为100μm-1mm，包括端点值，例如，所述衬底11的厚度为200μm或500μm或800μm。进一步的，在本技术实施例中，所述阵列单元12的材料为单晶硅或多晶硅，其中，单晶硅为一种比较活泼的非金属元素，在不同的方向具有不同的性质，且浓度极高；多晶硅是单质硅的一种形态，熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。进一步的，在本技术实施例中，所述阵列单元12的厚度大于或等于500nm，例如所述阵列单元12的厚度为600nm或800nm或1000nm等，其中，所述阵列单元12的形状包括但不限定于圆柱体或长方体或正方体。进一步的，在本技术实施例中，所述掺杂元素包括但不限定于硼或磷或砷，其中，所述掺杂元素的掺杂剂量范围为1012/cm2-1016/cm2，包括端点值，例如所述掺杂剂量为1013/cm2或1014/cm2或1015/cm2。基于上述所述调制器，在本技术另一实施例中还提供了一种调控太赫兹波振幅的调制器的制作方法，如图3所示，所述制作方法包括：S101：提供一衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面。具体的，所述衬底的材料为在100GHz-10THz频率范围内为透明物质材料，包括但不限定于二氧化硅或氧化铝等。S102：在所述衬底的上表面形成硅薄膜层。具体的，采用分子束外延技术或者激光脉冲沉积技术生长一层厚度在500nm以上的硅薄膜层，其中，所述硅薄膜层中硅的材质为单晶硅或多晶硅。S103：将掺杂元素掺杂至所述硅薄膜层中。具体的，采用离子注入的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控太赫兹波振幅的调制器，其特征在于，所述调制器包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；设置在所述衬底上表面的含有掺杂元素的硅结构阵列，所述硅结构阵列包括多个阵列排布的阵列单元。

【技术特征摘要】
1.一种调控太赫兹波振幅的调制器，其特征在于，所述调制器包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；设置在所述衬底上表面的含有掺杂元素的硅结构阵列，所述硅结构阵列包括多个阵列排布的阵列单元。2.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述衬底为二氧化硅衬底或氧化铝衬底。3.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述阵列单元的材料为单晶硅或多晶硅。4.根据权利要求1所述的调制器，其特征在于，所述掺杂元...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚林，蔡宏磊，黄秋萍，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34