基于超材料的太赫兹幅度调制器设计

提出了一款基于超材料的太赫兹幅度调制器,其结构由开口"弓"形超材料结构、高电子迁移率晶体管、斜十字馈线和碳化硅衬底四部分构成。"弓"形超材料结构开口处的连通和断开两种状态将对通过该结构的太赫兹波产生不同的响应。在开口处添加高电子迁移率晶体管可模拟开口连通和断开的效果。当对晶体管上的栅极不施加偏压时,超材料结构开口相当于导通,对太赫兹波透射系数高;当对晶体管上的栅极施加偏压时,超材料结构开口相当于断开,对太赫兹波透射系数低。仿真结果表明,在0.22THz处,对晶体管栅极不施加偏压时,调制器的透射系数为0.579;对晶体管栅极施加偏压时,调制器的透射系数为0.040。通过公式计算得到其调制深度为93%,而且对x和y极化入射波具有不敏感的特性。同时,通过分析0.22THz处的电场分布和表面电流分布研究了该太赫兹调制器的工作原理。所设计的太赫兹调制器具有调制深度高、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹通信领域具有广阔的应用前景。

基于双开口环型的太赫兹超材料传感器设计

设计了一款可用于检测材料折射率及厚度的双开口环型太赫兹超材料传感器,其结构由双开口方环与圆环嵌套的超材料结构和聚酰亚胺衬底两部分构成。当太赫兹波垂直入射超材料表面时,该传感器结构在0.8~1.8 THz范围内形成三个高Q值谐振峰(中心频率分别为f_(1),f_(2)和f_(3))。通过探讨超材料结构表面电流分布与三个谐振峰形成的关系,观察到超材料结构对入射太赫兹波的不同响应特性导致产生不同的表面电流分布。此外,还对该传感器在折射率传感和厚度传感方面的应用进行了探究。在待测物厚度一定的情况下,该传感器在谐振频率f_(1),f_(2)和f_(3)处的传感灵敏度分别可达170,103和119 GHz/RIU,均具有优越的传感特性,可利用其多谐振峰进行高灵敏度折射率传感。这种高灵敏度的多谐振峰折射率传感器可以检测到待测分析物的微小变化,在生物化学检测领域具有广阔的应用前景。

偏振可调的太赫兹光电导天线设计

提出了一种偏振可调的太赫兹光电导天线,其结构由四个弧形金属电极、低温砷化镓衬底和氮化硅抗反射涂层构成。通过对光电导天线的工作原理分析,可以发现弧形金属电极结构决定天线的辐射偏振,且衬底的载流子迁移率、载流子寿命和衬底材料对激光的吸收直接影响天线的辐射特性。利用COMSOL软件对该光电导天线进行建模仿真,其结果表明该光电导天线可以在45°方向倍增地辐射线偏振太赫兹波,且辐射强度相较于常规光电导天线提高了30%,辐射带宽高达10 THz。所设计太赫兹光电导天线具有偏振可调、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹光谱检测领域具有广阔的应用前景。

多坩埚温度梯度法生长Dy^(3+)∶LaF_(3)晶体及发光特性

采用多坩埚温度梯度法(Multi-crucible temperature gradient technology,MC-TGT)制备了Dy^(3+)掺杂氟化镧(Dy^(3+)∶LaF_(3))晶体。通过电感耦合等离子体发射光谱仪、透射光谱、吸收光谱、荧光光谱等手段对Dy^(3+)在LaF_(3)晶体中的实际掺杂浓度、中红外透过光谱、可见光波段光谱特性等进行了研究。实验结果表明,Dy^(3+)在LaF_(3)晶体中的分凝系数约为0.8;格位浓度随着Dy^(3+)掺杂浓度提高而增加,2%Dy∶LaF_(3)晶体中的格位浓度达5.90×10^(20)ions·cm^(-3)。在1%Dy∶LaF_(3)晶体中,采用400 nm光激发,发光中心波长位于601 nm的发射谱带强度最大,位于511 nm的发射峰最宽,半高宽达152 nm;改用450 nm光激发,最强发射峰移至677 nm,最宽发射峰位于568 nm处。提高Dy^(3+)掺杂浓度到2%,采用400 nm或450 nm光激发,发光中心波长均位于478 nm和571 nm。在透射光谱2.5~9μm范围内,Dy∶LaF_(3)晶体(厚度为0.96 mm)红外波段透过率达85%以上。Dy∶LaF_(3)晶体有望在可见光、中红外等激光领域得到应用。

高性能电控太赫兹幅度调制器研究

设计了一种由具有高谐振强度的四开口圆环超材料结构和高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor, HEMT)复合结构构成的电控太赫兹幅度调制器。将HEMT巧妙地设计在四开口圆环超材料结构的开口处,通过外加电压的方式调节HEMT沟道中的二维电子气浓度,改变超材料结构的谐振模式,进而实现对入射太赫兹波的幅度调控。仿真结果显示,随着二维电子气浓度的改变,调制器的调制深度也随之变化,该调制器在0.146 THz和0.223 THz中心频点处的最大调制深度分别可达到96.9%和92.2%。此外,该调制器可以通过改变器件的结构参数调节器件的工作频点,能够灵活地满足实际应用需求,在无线通信和实时成像等领域具有潜在的应用价值。