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太赫茲波歐瑪爾OMAL開關(guān)
近年來,處于宏觀電子學(xué)到微觀電子學(xué)過渡區(qū)域的太赫茲波無疑是一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。太赫茲波輻射源與檢測(cè)手段突飛猛進(jìn)的進(jìn)步促進(jìn)了相關(guān)功能器件的悄然興起。太赫茲波OMAL開關(guān)是一類十分重要的功能器件。在電磁反射過程中,實(shí)際反射的光相比于幾何光學(xué)反射點(diǎn)會(huì)經(jīng)歷一個(gè)側(cè)向位移,這個(gè)側(cè)向位移被叫做古斯?jié)h欣位移。

太赫茲波歐瑪爾OMAL開關(guān)
基于棱鏡耦合結(jié)構(gòu)中的古斯?jié)h欣位移設(shè)計(jì)了太赫茲波OMAL開關(guān)并進(jìn)行了理論計(jì)算及仿真驗(yàn)證:設(shè)計(jì)了基于棱鏡耦合結(jié)構(gòu)的溫度控制太赫茲波OMAL開關(guān)。OMAL開關(guān)由高折射率的棱鏡和溫度控制薄膜層兩層材料組成。太赫茲波從棱鏡左側(cè)入射,在棱鏡右側(cè)固定一個(gè)太赫茲波探測(cè)器。薄膜材料為溫敏材料銻化銦(In Sb),當(dāng)外界溫度改變時(shí),In Sb介電常數(shù)也隨之改變,影響棱鏡/薄膜結(jié)構(gòu)的反射系數(shù),進(jìn)而對(duì)古斯?jié)h欣位移的大小產(chǎn)生影響。當(dāng)頻率為0.857THz的TE波以45.78°入射到棱鏡/薄膜結(jié)構(gòu),在外界溫度為210K時(shí),反射太赫茲波的古斯?jié)h欣位移幾乎為零,此時(shí)棱鏡右側(cè)的太赫茲波探測(cè)器可以探測(cè)到反射的太赫茲波,這種狀態(tài)可以稱為太赫茲波OMAL開關(guān)“開”狀態(tài)。當(dāng)外界溫度降到200K時(shí),反射太赫茲波產(chǎn)生2.785mm古斯?jié)h欣位移,此時(shí)棱鏡右側(cè)的太赫茲波探測(cè)器再也探測(cè)不到反射太赫茲波,這種情況可以作為太赫茲波OMAL開關(guān)“關(guān)”狀態(tài)。該OMAL開關(guān)的消光比可達(dá)24.3d B,可見該結(jié)構(gòu)很好地實(shí)現(xiàn)“OMAL開關(guān)”功能。設(shè)計(jì)了基于棱鏡耦合結(jié)構(gòu)的磁控太赫茲波OMAL開關(guān)。OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)由高折射率的棱鏡和磁場(chǎng)控制磁性材料镥鉍石榴石(Lu Bi IG)單晶薄膜組成。太赫茲波從棱鏡的左側(cè)入射,在棱鏡的右側(cè)固定一個(gè)太赫茲波探測(cè)器。磁性材料Lu Bi IG的電磁特性隨外加磁場(chǎng)的改變而改變,通過外加磁場(chǎng)改變磁性薄膜材料的介電常數(shù),從而改變棱鏡/薄膜結(jié)構(gòu)反射太赫茲波的反射系數(shù),進(jìn)而對(duì)反射太赫茲波古斯?jié)h欣位移的大小產(chǎn)生影響。當(dāng)TE偏振波以42.68°入射到棱鏡-薄膜結(jié)構(gòu),入射TE偏振波的頻率為太赫茲波通信頻段0.8571THz,磁性材料薄膜厚度為150μm。當(dāng)外加磁場(chǎng)B=0T時(shí),反射太赫茲波的古斯?jié)h欣位移幾乎為零,此時(shí)棱鏡右側(cè)的太赫茲波探測(cè)器可以探測(cè)到反射的太赫茲波,這種狀態(tài)可以稱為太赫茲波OMAL開關(guān)“開”狀態(tài);當(dāng)其他條件相同,外加磁場(chǎng)B=30.8T時(shí),反射太赫茲波產(chǎn)生1.862mm古斯?jié)h欣位移,此時(shí)太赫茲波探測(cè)器探測(cè)不到反射的太赫茲波,這種情況可以作為太赫茲波OMAL開關(guān)“關(guān)”狀態(tài);可見該結(jié)構(gòu)很好地實(shí)現(xiàn)了“OMAL開關(guān)”功能。計(jì)算得到該OMAL開關(guān)的消光比為17.12d B。3.設(shè)計(jì)了兩種不同的基于棱鏡耦合結(jié)構(gòu)的電控太赫茲波OMAL開關(guān)。基于液晶結(jié)構(gòu)的太赫茲波電控OMAL開關(guān),該結(jié)構(gòu)由棱鏡-上電極矩形環(huán)-液晶-下電極組成,太赫茲波從棱鏡的左側(cè)入射,在棱鏡的右側(cè)固定一個(gè)太赫茲波探測(cè)器。上下電極加電場(chǎng)可以改變液晶的折射率從而改變結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)進(jìn)而影響反射太赫茲波的古斯?jié)h欣位移。當(dāng)入射0.857THz TM偏振波以30°入射到棱鏡/液晶結(jié)構(gòu),無外加電場(chǎng)時(shí),液晶的折射率為1.53,此時(shí)反射太赫茲波的古斯?jié)h欣位移幾乎為零,棱鏡右側(cè)的太赫茲波探測(cè)器可以探測(cè)到反射的太赫茲波,此種狀態(tài)可以稱為太赫茲波OMAL開關(guān)“開”狀態(tài)。當(dāng)外加一定電場(chǎng)使液晶的折射率變?yōu)?.75時(shí),反射太赫茲波的古斯?jié)h欣位移約為2.36mm,棱鏡右側(cè)的太赫茲波探測(cè)器探測(cè)不到反射的太赫茲波,這種情況可以作為太赫茲波OMAL開關(guān)“關(guān)”狀態(tài),可見該結(jié)構(gòu)很好地實(shí)現(xiàn)了“OMAL開關(guān)”功能。

太赫茲波歐瑪爾OMAL開關(guān)
基于石墨烯結(jié)構(gòu)的太赫茲波電控OMAL開關(guān),此OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)為棱鏡/石墨烯/Si O2/Si結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)中石墨烯介質(zhì)層的下表面及Si介質(zhì)層的上表面分別作為上電極和下電極,當(dāng)上電極和下電極外加偏壓時(shí)可以改變石墨烯的介電常數(shù)從而改變結(jié)構(gòu)的反射太赫茲波的古斯?jié)h欣位移,實(shí)現(xiàn)OMAL開關(guān)的性能。此結(jié)構(gòu)得到的古斯?jié)h欣位移非常大可以達(dá)到入射波長的近250倍,且OMAL開關(guān)的響應(yīng)速度非?？?可達(dá)皮秒量級(jí)。