基于WO3和MoO3薄膜的光控太赫兹传输特性研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuobin0904
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太赫兹波(Terahertz,THz)处于微观光子学和宏观电子学之间的区域,其在很多领域都有着重要的应用。在实际应用时,高频率的电子元器件的物理效应往往会明显改变,导致性能严重恶化,因此对于太赫兹波段器件实际应用的探究成为首要的问题。由于光控太赫兹调制的原理是基于在外激励光下材料内部产生载流子,载流子的迁移改变了太赫兹波的透过率,这与光电池材料的工作机理基本一致,然而光电池材料应用在太赫兹波调谐方向却鲜有报道。本论文就是在这一背景下,选取了较有代表性的光电池材料氧化钨(WO3)以及氧化钼(MoO3),制备材料薄膜,测定其在太赫兹波段的传输特性及在泵浦光激励下其太赫兹调制能力。后续采用性能较佳的WO3薄膜与超材料相结合的方式,仿真设计可调谐性能良好的太赫兹调制器件。本论文首先制备了WO3薄膜和MoO3薄膜,及其退火后薄膜性能的表征。利用原子力显微镜(AFM)测定了薄膜的厚度;利用紫外-可见分光光度计测定了薄膜的吸收谱,从中获得最适宜激发材料薄膜的激励光波长。搭建太赫兹时域光谱系统,用980 nm激光器以不同功率分别激励WO3薄膜和MoO3薄膜,研究不同泵浦光功率下太赫兹波在两种薄膜中的传输特性,及材料薄膜对太赫兹波的调制作用:随泵浦光功率的增加调制深度而逐渐增大,WO3薄膜调制范围更大,MF(Modulation Factor)值约为73%,复介电常数实部有1521.4%的调制深度,虚部有256.1%的调制深度;MoO3薄膜的MF值约为10%,介电常数实部有11.55%的调制,虚部有25.6%的调制效果。最后采用CST仿真软件设计了一种基于开口环结构的太赫兹超材料,研究了结构参数对结构性能的影响。设计了基于前文中性能更佳的WO3薄膜的太赫兹超材料调制器,利用外加不同功率泵浦光时WO3薄膜的复介电常数的变化,模拟了在泵浦光以不同光功率时调制器吸收变化曲线,在激光器功率为260 m W的情况下,调制器吸收率达到最高,调制深度增加了45.2%,说明调制器调制深度可以实现动态调节。
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