CN103364973A - 一种柔性太赫兹波调制器 - Google Patents

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胡明
韦晓莹
武雅乔
夏晓旭
朱乃伟
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Abstract

本发明公开了一种柔性太赫兹波调制器，包括介质基板（1）和附着于介质基板（1）表面的电磁共振器阵列（2），所述的介质基板（1）为柔性介质材料聚酰亚胺，简称PI；所述的电磁共振器阵列（2）由多个电磁共振器单元构成，该电磁共振单元由沉积于介质基板（1）表面的VO2或者V2O5纳米薄膜形成，纳米薄膜的厚度为100～600nm。本发明提供了一种制备过程简单，易于控制、稳定可靠的低光功率下的新型基于柔性基底的太赫兹调制器，为柔性基底集成电路新型器件提供了应用基础。

Description

一种柔性太赫兹波调制器
技术领域
本发明属于太赫兹无线通信、探测和成像等领域,具体涉及一种柔性太赫兹波调制器。
背景技术
太赫兹（THz）波（频率位于0.1～10THz波段的电磁波）处于毫米波和红外线之间的特殊位置，是电磁波谱中的最后一个空频段。与其他波段的电磁波相比，太赫兹波具有光子能量小、穿透力强等特性，为通信、军事、安全检查、医学等领域带来了深远的影响。推动太赫兹技术的进一步发展和实际应用，不仅要很好地解决可靠稳定的THz源，高灵敏高信噪比的THz探测器，同时还需要提供高性能、高集成度、廉价的太赫兹功能器件，如THz偏振、分束、滤波、开关、调制等新型功能器件。
随着THz科技的迅速发展，THz间隙的空间逐渐被填补，半导体材料结合光子学和电子学应用于THz技术都为这一领域的发展实现了重大突破。在发展相应THz光源和高灵敏度探测器的同时，太赫兹调制器是不可或缺的核心器件。尤其是太赫兹通信的调制器件在结构、尺寸、性能和工作方式均与微波和光波通信技术相去甚远，需要新的研制。美国LosAlamos国家实验室提出了一种基于金属型电磁超颖材料的太赫兹调制器件。该器件是在Si或者GaAs半导体基板上构建金属电磁共振单元，通过外加电场改变半导体基板载流子浓度从而影响电磁共振单元的太赫兹共振幅度，实现对太赫兹波透射信号的调制。[H.T.Chen,etal,Nature,444,597-600,(2006)]。（CN101943803A）采用对太赫兹波高度透明的介质材料石英玻璃作为基板，利用二氧化钒薄膜制作电磁共振阵列，实现对太赫兹信号的调制。（CN102393571A）在有线缺陷波导的硅光子晶体柱阵列表面镀一层二氧化钒薄膜，利用二氧化钒薄膜的相变特性及同一结构的介质和金属光子晶体波导的导带不同，实现光控高速宽带太赫兹强度调制和频率调制。
目前有关柔性太赫兹调制器报道较少，主要是因为有机功能层材料和柔性基底一般不能与CMOS工艺兼容，一般都制备在非柔性基底上，不能达到柔韧可弯曲的效果。随着柔性基底集成电路的制造也需要新型的柔性功能器件。所以如何构建柔性太赫兹调制器是进一步发展太赫兹调制器在柔性基底集成电路应用的关键。
发明内容
本发明的目的，是克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于柔性基底的光控太赫兹调制器，是一种制备过程简单，易于控制、稳定可靠的低光功率下的新型基于柔性基底的太赫兹调制器。
本发明通过如下技术方案予以实现：
一种柔性太赫兹波调制器，包括介质基板（1）和附着于介质基板（1）表面的电磁共振器阵列（2）；其特征在于，所述的介质基板（1）为柔性介质材料基板；所述的电磁共振器阵列（2）由多个电磁共振器单元构成，该电磁共振单元由沉积于介质基板（1）表面的VO2或者V2O5纳米薄膜形成。
所述的柔性介质材料为对太赫兹波高度透明的聚酰亚胺，简称PI。
所述电磁共振器单元的直径为50μm，每个电磁共振器单元的横向和纵向间隔为50μm。
所述电磁共振器单元的数量为n×n个，且n≥2。
所述的VO2或者V2O5纳米薄膜的厚度为100～600nm。
所述的VO2或者V2O5纳米薄膜具有绝缘体-金属相变特性。
本发明的有益效果为：
（1）本发明提供的基于柔性基底的太赫兹波调制器，借助于激光激励，通过改变材料本身的性质来实现太赫兹波的调制。
（2）相对于现有的非柔性基底的调制器，本发明实现了调制器膜材料在柔性基底上的可操作性，为柔性基底集成电路新型器件提供了应用基础。
附图说明
图1是本发明的太赫兹波调制器的结构示意图；
图2低激光功率激发下柔性太赫兹调制器的调制频谱图。
图中附图标记为：
1———介质基板         2———电磁共振单元
具体实施方式
如图1所示，本发明包括介质基板1和附着于介质基板1表面的电磁共振器阵列2；所述的介质基板1为柔性介质材料基板，所述的柔性介质材料为对太赫兹波高度透明的聚酰亚胺，简称PI。所述的电磁共振器阵列2由10×10个电磁共振器单元构成，每个电磁共振器单元的直径为50μm，电磁共振器单元的横向和纵向间隔为50μm。所述电磁共振单元由沉积于介质基板1表面的VO2或者V2O5纳米薄膜形成，其薄膜的厚度为100～600nm。
下面对于柔性太赫兹调制器的制备过程和测试分析作进一步描述：
步骤一：清洗柔性介质基板PI，烘干后在其表面利用标准光刻技术制备光刻胶电磁共振器阵列图形，阵列为直径50μm的10×10单元阵列图形，每个单元之间的距离为50μm，光刻胶覆盖处是无阵列处；
步骤二：利用金属氧化法在光刻胶阵列图形上制备VO2薄膜，厚度约为100nm。超声处理后，光刻胶及覆盖在其上的薄膜脱落，得到本发明所需的电磁共振器阵列。该材料在室温到65℃之间发生了绝缘体-金属相变，电阻变化为～3量级左右。
步骤三：利用太赫兹时域频谱系统(THz-TDS)对柔性介质基板上的电磁共振单元的太赫兹透射性进行了测试。所加激光功率为300-600mW。柔性太赫兹调制器经过多次弯曲后，其调制幅度依然很稳定，且比其他结构电磁共振单元光激励时所需的激光功率小。图2为本发明实施的柔性太赫兹调制器多次弯曲后测试的太赫兹频谱图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柔性太赫兹波调制器，包括介质基板（1）和附着于介质基板（1）表面的电磁共振器阵列（2）；其特征在于，所述的介质基板（1）为柔性介质材料基板；所述的电磁共振器阵列（2）由多个电磁共振器单元构成，该电磁共振单元由沉积于介质基板（1）表面的VO2或者V2O5纳米薄膜形成。
2.根据权利要求1的一种柔性太赫兹波调制器，其特征在于，所述的柔性介质材料为对太赫兹波高度透明的聚酰亚胺，简称PI。
3.根据权利要求1的一种柔性太赫兹波调制器，其特征在于，所述电磁共振器单元的直径为50μm，每个电磁共振器单元的横向和纵向间隔为50μm。
4.根据权利要求1的一种柔性太赫兹波调制器，其特征在于，所述电磁共振器单元的数量为n×n个，且n≥2。
5.根据权利要求1的一种柔性太赫兹波调制器，其特征在于，所述的VO2或者V2O5纳米薄膜的厚度为100～600nm。
6.根据权利要求1的一种柔性太赫兹波调制器，其特征在于，所述的VO2或者V2O5纳米薄膜具有绝缘体-金属相变特性。
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