一种谐振腔型太赫兹器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种谐振腔型太赫兹波调制器及其制备方法，用于太赫兹波的调制。所述谐振腔型太赫兹波调制器由反射层、衬底层、导电层、金属光栅、和电极构成，各层之间平行排列、紧密相接。其中反射层为金属镀层，衬底层为器件提供物理支撑，导电层位于金属光栅下方，金属光栅具有亚波长结构。电极设置在导电层上，用于与电源电气连接。本发明专利技术提供的谐振腔型太赫兹波调制器是通过电压调控的方式改变金属光栅之间导电层的电导率，同时借助金属光栅的非振荡的电场增强效应和谐振腔结构实现了对太赫兹波的深度和多频率调制，解决了目前技术上的缺点或不足，所述调制器具有调制深度大、调制速度快、能耗低、多频率段调制、制造工艺简单的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种谐振腔型太赫兹器件及其制备方法
本专利技术涉及太赫兹波电子器件领域，尤其涉及一种谐振腔型太赫兹波调制器及其制备方法。
技术介绍
太赫兹波是一种频率介于0.1THz至10THz的电磁波，太赫兹波有如下多种特性，如：较低的光子能量，对生物组织没有危害，适用于生物组织的活体检查；对许多非金属和非极性物质具有较高的穿透性，可应用于安防领域中探查枪械、爆炸物和毒品；与可见光和红外光相比，太赫兹波方向性好、穿透力强，能够实现高速的无线通讯传输。谐振腔型太赫兹波调制器可以用于对太赫兹波进行幅度或相位的调控，是实现太赫兹成像的重要元器件。现有的太赫兹探测器价格昂贵，如果采用传统的探测器阵列成像模式，大面积的探测器阵列会造成整个成像系统造价高昂，不利于大规模推广和应用。另一种成像的方法是使用压缩感知算法【R.I.Stantchevetal.,"Noninvasive,near-fieldterahertzimagingofhiddenobjectsusingasingle-pixeldetector,"(inEnglish),ScienceAdvances,Articlevol.2,no.6,p.6,Jun2016,Art.no.UNSPe1600190】，在空间对信号进行压缩编码，在后端仅使用一个单像素探测器，即可实现成像。实现这种单像素成像系统的关键是设计出高效、高速的太赫兹调制器阵列。但是，现有的太赫兹波调制器不能同时具备高效（大调制深度），高调制速度和多频段响应等特点。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种谐振腔型太赫兹波调制器及其制备方法，旨在解决现有的太赫兹波调制器不能同时具备大调制深度，高调制速度的问题。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种谐振腔型太赫兹波调制器，其中，包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；依次堆叠设置在所述衬底上表面的导电层及金属光栅与电极；设置在所述衬底下表面的反射层；所述导电层上设置有金属电极；位于同一侧的金属光栅条的端部使用导线连接，所述导线与所述金属电极连接。所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其中，包括：衬底，制备在所述衬底上表面的导电层，制作在导电层上的若干金属光栅条以及设置在所述衬底下表面的反射层；所述位于相同一侧的金属光栅条的端部并列连接在第一导线上，所述位于相同另一侧的金属光栅条的端部并列连接在第二导线上，所述第一导线的两端分别与设置在所述导电层上的两个第一金属电极连接，所述第二导线的两端分别与设置在所述导电层上的两个第二金属电极连接。所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，所述金属光栅条形成光栅，所述光栅的周期为0.01至30μm。所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，所述金属光栅占空比为1:1至9:1。所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其中，所述金属光栅条的材料为金、银、铜、铝、钛、铂或铬中的一种或多种。。所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，所述导电层为单层石墨烯，轻掺杂的砷化镓、轻掺杂的硅、轻掺杂的锗、轻掺杂的氮化镓、轻掺杂的铟氮化镓和轻掺杂的磷化铟中的一种或多种。所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，所述衬底层的材料为硅，或含有氧化硅层的硅片、锗、砷化镓、氮化镓、铟氮化镓、磷化铟、二氧化硅，氮化硅、氧化铝中的任一种。所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其中，所述衬底材料的电阻率大于100Ω·cm。根据权利要求1所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，所述反射层的材料为金、银、铜、铝、钛、铂和铬中的一种或多种。一种谐振腔型太赫兹波调制器的制备方法，其中，包括步骤：对衬底材料的表面进行表面处理，在所述衬底材料的上表面制备导电层；将光栅和电极的图形转移到所述导电层上；将金属材料沉积在所述衬底上，在所述导电层上生成金属光栅和电极，在所述衬底材料的下表面生成反射层。有益效果：本专利技术使用了具有亚波长的金属光栅，即所述光栅周期远远小于型太赫兹波的波长。光栅是一种通用的光学器件，广泛用于光学仪器中，但本专利技术巧妙地将金属光栅的非共振的宽带增强和谐振腔增强结合，与其它专利技术的相比【北京工业大学.一种基于石墨烯超材料的太赫兹光栅器件:中国，CN207281413U.2018.04.27;上海理工大学,一种基于石墨烯和光栅复合结构的太赫兹调制器:中国,CN107885007A.2018.04.06】，本专利技术提出的太赫兹波调制器具有多频段工作、深度调制，且结构简单的有益效果。具体而言，本专利技术所提供的谐振腔型太赫兹波调制器复合了金属光栅的非共振场增强和谐振腔结构的增强效应。谐振腔结构可以产生多次反射，对特定的频率形成驻波，从而增强导电层处的电场强度。金属光栅可以对谐振腔增强的各个增强频率都进一步增强，两个增强效果相互叠加，大大增加了太赫兹波调制器在整个频段内的调制深度。此外，由于使用的是全固态电压调制方式，使得本专利技术的谐振腔型太赫兹波调制器的调制效果更稳定、调制速度更快、能耗更低、更容易大规模集成。附图说明图1是本专利技术实施例提供的谐振腔型太赫兹波调制器第一视角的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的谐振腔型太赫兹波调制器第二视角的结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的谐振腔型太赫兹波调制器的工作原理图。图4是本专利技术实施例提供的谐振腔型太赫兹波调制器的制备方法流程图。图5是本专利技术实施例提供的谐振腔型太赫兹波调制器在软件仿真实验中的反射强度-频率随导电层导电率的变化曲线。图6是本专利技术实施例提供的谐振腔型太赫兹调制器在软件模拟实验中的调制效果图。图7是本专利技术实施例提供的谐振腔型太赫兹调制器在实际应用中施加不同电压的调制效果图。使用石墨烯相对于反射层电压-60V的信号为基线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1-2所示，本专利技术公开一种谐振腔型太赫兹波调制器，其包括：衬底2、制备在衬底2上的导电层3、制备在导电层3上的若干金属光栅条4、与金属光栅条连接的电极5，以及设置在所述衬底2下表面的反射层1；所述位于相同一侧的金属光栅条的端部并列连接在第一导线上，所述位于相同另一侧的金属光栅条的端部并列连接在第二导线上，所述第一导线的两端分别与设置在所述导电层上的两个第一金属电极连接，所述第二导线的两端分别与设置在所述导电层上的两个第二金属电极连接。本专利技术提供了一种基于导电层和金属光栅复合结构的谐振腔型太赫兹波调制器，其呈层状结构，其结构包括：自下而上设置的反射层、衬底、导电层、金属光栅和电极，各层间平行排列、紧密连接。其中反射层为金属镀层，用于反射太赫兹波；衬底为器件提供物理支撑；导电层为单层石墨烯，用于调制入射的太赫兹波；金属光栅具有亚波长结构，可以在宽频内增强近场的太赫兹波的电场强度；电极设置在导电层上和金属光栅相连，用于在对石墨烯施加电压。金属反射层和衬底层两者构成了一个谐振结构，一方面，入射的太赫兹波在衬底层的上表面和底部反射层之间多次反射，使得太赫兹波和石墨烯多次发生作用，提高了石墨烯对太赫兹波的吸收。另一方面，上述的谐振结构还提供了多个变化剧烈的吸收峰，可以实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；依次堆叠设置在所述衬底上表面的导电层以及金属光栅条；设置在所述衬底下表面的反射层；所述导电层上还设置有金属电极；位于相同一侧的金属光栅条的端部使用导线连接，所述导线与所述金属电极连接。

【技术特征摘要】
1.一种谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括相对设置的上表面和下表面；依次堆叠设置在所述衬底上表面的导电层以及金属光栅条；设置在所述衬底下表面的反射层；所述导电层上还设置有金属电极；位于相同一侧的金属光栅条的端部使用导线连接，所述导线与所述金属电极连接。2.根据权利要求1所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，包括：衬底，设置在所述衬底上表面的导电层、制作在所述导电层上的若干金属光栅条，以及设置在所述衬底下表面的反射层；所述位于相同一侧的金属光栅条的端部并列连接在第一导线上，所述位于相同另一侧的金属光栅条的端部并列连接在第二导线上，所述第一导线的两端分别与设置在所述导电层上的两个第一金属电极连接，所述第二导线的两端分别与设置在所述导电层上的两个第二金属电极连接。3.根据权利要求1所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，所述金属光栅条形成光栅，所述光栅的周期为0.01至30μm。4.根据权利要求3所述的谐振腔型太赫兹波调制器，其特征在于，所述金属光栅占空比为1：1至9：1。5.根据权利要求1所述的谐振腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙怡雯，刘旭东，黄嘉良，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44