CN111564678B - 基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法，包括：衬底，衬底上方设有圆形微盘，圆形微盘上设有矩形槽，矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方；太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，谐振频率发生改变，太赫兹波通过圆形微盘从基底下表面输出。
Description
技术领域
本公开涉及太赫兹通信技术领域，特别是涉及基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
近年来太赫兹技术不断发展，太赫兹技术作为新兴科学技术领域中极为重要的前沿技术，其应用涉及到各个领域，例如：太赫兹通信、太赫兹大气监测、太赫兹成像、太赫兹安检等。太赫兹开关是太赫兹系统中的重要功能器件，该器件为太赫兹信号和另一个携带信息的物理量(如电信号、光信号等)之间的衔接提供了有效的接口。在实际应用中，开发高性能太赫兹开关面临的主要挑战仍然是找到一种材料或者结构，使得其电磁特性对外部条件高度敏感。到目前为止，在太赫兹通信技术领域中对太赫兹开关的研究主要集中在由金属和光敏介质构成的超材料结构，然而这类太赫兹开关的性能通常较为低劣，例如开关速度较慢、需要较大的开关电压(电激励类型)或泵浦光功率(光激励类型)等。
一些科学家已经利用开口谐振环形式的金属结构制备太赫兹开关，开口谐振环的共振强烈依赖于填充到狭缝开口中半导体材料的特性，依据这一特点，他们设计并通过静电激励方法或光泵浦技术验证了太赫兹开关。
另外，还有研究人员同样利用泵浦光可以有效调谐半导体载流子浓度的特性，在太赫兹超材料中实现电磁诱导透明现象的模拟并对其进行有效控制。由于金属的厚度较薄，沉积到狭缝中的半导体介质有效体积小，并且引入的半导体材料具有较高的折射率，这也会进一步降低本来就小的谐振品质因子。在这两种因素的影响下，对太赫兹波的传输进行明显的开关或调制效应需要较大的静电偏置电压或者高激光泵浦功率。例如，为了改变太赫兹波通过超材料的透过率幅度大于50％，当样品直径为1cm时，所需要的激光泵浦功率大约为500mW，这大幅度超出了在实际光通信网络中所需激光功率的典型值。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关及方法；基于对称性破坏的半导体微盘阵列结构和光学泵浦的方法，利用该微盘阵列所支持的新型谐振模式，在超低光泵浦功率下就可以改变半导体微盘内光生载流子的浓度，进而影响半导体材料在太赫兹波段的折射率，最终改变谐振频率处太赫兹辐射的透过率。
第一方面，本公开提供了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关；
基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关，包括：
衬底，所述衬底上方设有圆形微盘，所述圆形微盘上设有矩形槽，所述矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方；
通过激光是否照射到圆形微盘上，来决定太赫兹波是否通过圆形微盘，以实现对太赫兹波的开或关。
太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：
当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；
当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，谐振频率发生改变，这样原本不能通过圆形微盘的太赫兹波，就能通过圆形微盘从基底下表面输出。
当外加激光的功率由零逐渐上升时，圆形微盘内光生载流子密度也随之逐渐变大，圆形微盘在太赫兹波段的折射率逐渐改变，圆形微盘的谐振频率逐渐偏离，此时原谐振频率下的太赫兹波经过圆形微盘后的透过率上升，太赫兹波通过圆形微盘。
第二方面，本公开提供了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关的工作方法；
基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关的工作方法，包括：
通过激光是否照射到圆形微盘上，来决定太赫兹波是否通过圆形微盘，以实现对太赫兹波的开或关。
太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：
当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；
当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，谐振频率发生改变，这样原本不能通过圆形微盘的太赫兹波，就能通过圆形微盘从基底下表面输出。
当外加激光的功率由零逐渐上升时，圆形微盘内光生载流子密度也随之逐渐变大，圆形微盘在太赫兹波段的折射率逐渐改变，圆形微盘的谐振频率逐渐偏离，此时原谐振频率下的太赫兹波经过圆形微盘后的透过率上升，太赫兹波通过圆形微盘。
所述圆形微盘设置在基底上，所述圆形微盘上设有矩形槽，所述矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方。
与现有技术相比，本公开的有益效果是：
1、利用的对称性破坏结构支持一种新型谐振，这种新型谐振具有更高的品质因子，在谐振频率处的太赫兹透过率对半导体材料在太赫兹波段下的折射率高度敏感，光泵浦功率密度在10μW/cm2的数量级即可实现在谐振频率处太赫兹透过率从0到50％以上的变化。
2、超低光泵浦功率下就可以实现高效太赫兹开关，利用高载波频率提供大传输容量。考虑到本开关对泵浦激光功率的要求远远小于现有技术中提出的基于开口谐振环结构的太赫兹开关，并且实际光通信网络的激光功率典型值只能满足本开关要求，因此，本公开具有很大的实际意义。
3.本公开具有广阔的发展前景，低泵浦功率在实际应用中是必不可少的，因为在实际光通信网络中，所用到的激光功率往往比较低。考虑到这种效果，本技术提出的太赫兹开关，有望实现光和太赫兹器件的结合，实现宽带光网络与太赫兹通信网之间的无缝集成。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为实施例1中对称性破坏的半导体硅盘结构；
图2为实施例1中对称性破坏的半导体硅盘结构的剖视图，黑色箭头表示太赫兹辐射，闪电符号代表泵浦光；
图3为实施例1中太赫兹辐射正入射对称性破坏硅盘阵列结构以及纯固态硅盘阵列结构的透射谱，其中实线对应对称性破坏结构，虚线对应纯固态硅盘阵列；
图4是接近谐振区域的放大部分；
图5为谐振频率处硅盘中心平面上的磁场强度和电场的矢量分布；
图6为实施例1中在泵浦激光功率为60μW时对对称性破坏结构的调制结果(z＝0对应圆盘的底部)。深色曲线为沿圆盘厚度方向上对应的硅折射率实部；浅色曲线为沿圆盘厚度方向上对应的光载流子浓度；
图7为实施例1中太赫兹开关的应用计算结果，是在1.143THz频率处不同泵浦激光功率下的透射谱；
图8为实施例1中太赫兹开关的应用计算结果，是有无泵浦两种情况下的透射谱，实线对应没有泵浦源的情况，虚线对应激光泵浦功率为100μW的情况。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关；
基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关，包括：
衬底，所述衬底上方设有圆形微盘，所述圆形微盘上设有矩形槽，所述矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方；
通过激光是否照射到圆形微盘上，来决定太赫兹波是否通过圆形微盘，以实现对太赫兹波的开或关。
太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：
当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；
当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，谐振频率发生改变，这样原本不能通过圆形微盘的太赫兹波，就能通过圆形微盘从基底下表面输出。
当外加激光的功率由零逐渐上升时，圆形微盘内光生载流子密度也随之逐渐变大，圆形微盘在太赫兹波段的折射率逐渐改变，圆形微盘的谐振频率逐渐偏离，此时原谐振频率下的太赫兹波经过圆形微盘后的透过率上升，太赫兹波通过圆形微盘。
进一步地，所述圆形微盘，为基于半导体材料的微盘周期性阵列。
示例性的，所述圆形微盘的半径为40-42μm；所述圆形微盘的厚度为40μm。
示例性的，所述基底的折射率为1.5。
进一步地，所述激光为泵浦激光。
进一步地，所述太赫兹波的工作频率为圆形微盘的谐振频率。
进一步地，所述矩形槽并非位于圆形微盘中心，而是位于圆形微盘单侧，从而打破了圆形微盘的对称性，并且使得微盘阵列在太赫兹辐射正入射时能够激发品质因子大于2000的谐振模式。
示例性地，所述矩形槽的长度为24μm，宽为4μm。
示例性地，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离，其中设定距离为6-10μm。
优选地，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离为8μm
进一步地，泵浦激光的功率密度在10μW/cm2的数量级，即实现谐振频率处太赫兹波透过率从0到50％以上的变化。
进一步地，谐振效应谐振频率在1.1THz时，谐振的带宽在0.5GHz，表明这种谐振的品质因子大于2000，并且该谐振的谐振频率能够通过圆形微盘半径的调整来改变，品质因子也通过调整矩形槽的尺寸和横向位置来进一步改善。
进一步地，当圆形微盘的材料为高阻硅半导体材料时，泵浦激光采用波长在760-820nm的钛-蓝宝石激光。
进一步地，当圆形微盘的材料为半导体外延材料时，泵浦激光采用波长在1540-1560nm的光通信激光。所述半导体外延材料，例如包括：铟镓砷InGaAs或锗等。
进一步地，所述谐振效应是磁偶极子模式，其偶极矩方向垂直于圆形微盘表面。
该对称性破坏的高折射率半导体微盘阵列支持一种具有高品质因子的新型谐振，在谐振频率处的太赫兹波透过率对半导体材料在太赫兹波段的折射率高度敏感。因此，可以采用光子能量大于半导体禁带的泵浦光来改变微盘内的光生载流子密度，进而改变微盘材料在太赫兹波段下的折射率，最终控制谐振频率处太赫兹辐射的透过率。
计算太赫兹波辐射垂直入射到对称性破坏结构中的透射谱，获得其具有高品质因子的谐振频率；
使用光泵浦的方法对对称性破坏的结构进行调制，验证所述太赫兹开关器件的性能；
使用微盘谐振频率处的连续波太赫兹辐射作为工作信号，改变垂直入射到微盘结构中的激光泵浦功率并检测其透过率。
因此，当太赫兹波辐射垂直入射时，由于入射波的磁场与该谐振中的磁场垂直，因此不可能在完整微盘中激发这种谐振。
不同于在光学领域中由高折射率纳米圆盘支持的电偶极子或磁偶极子共振，这种新型谐振具有更大的品质因子，因此在谐振频率处的太赫兹波透过率对微盘材料在太赫兹波段的折射率高度敏感。
从而可以采用光子能量大于半导体禁带的泵浦光来改变微盘内的光生载流子密度，进而改变在太赫兹波段下半导体材料的折射率，最终控制谐振频率处太赫兹辐射的透过率，这样就将形成一个完美的太赫兹开关。
本公开提出的实现高效太赫兹开关的新技术，其创新点之一在于利用对称性破坏的半导体微盘结构和光泵浦的方法实现了高效太赫兹开关。与这个结构相关联的谐振具有非常高的品质因子，从而当激光泵浦功率密度低至几十μW/cm2时，对微盘内的光生载流子密度和在太赫兹波段下的半导体折射率产生的细微改变，可以实现太赫兹波透过率从0到50％以上的变化。
示例性地，圆形微盘采用半导体材料高阻硅(HRFZ-Si)作为具体实施例，高阻硅在太赫兹波范围内具有极低的损耗，并且对太赫兹波几乎没有吸收，基于对称性破坏的半导体硅盘阵列实现超低光泵浦功率下高效太赫兹开关，步骤包括：
在圆形硅盘中引入矩形槽构造所述对称性破坏的半导体硅盘阵列；
仿真计算太赫兹辐射垂直入射到对称性破坏结构中的透射谱，获得其具有高品质因子的谐振频率，并用相同激励正入射完整固态硅盘阵列(即圆形硅盘上没有矩形槽)作为参考；
使用光泵浦的方法对对称性破坏的结构进行调制，验证太赫兹开关器件的性能，其中泵浦激光波长采用在800nm附近的钛-蓝宝石激光；
使用硅盘谐振频率处的连续波太赫兹辐射作为工作信号，改变垂直入射到硅盘结构中的泵浦激光功率并检测其透过率。
构造所述对称性破坏的半导体硅盘阵列，如图1和图2所示，硅圆盘位于聚合物基底上，圆盘半径R为41μm，厚度t为40μm。在太赫兹频率范围内聚合物的折射率定为1.5，该聚合物仅作为支撑硅盘的基底，并且可以使用键合工艺和硅结合在一起。其中狭窄的矩形槽位于硅盘的一侧，矩形槽的尺寸长L为24μm，宽W为4μm，并从硅盘的上表面蚀刻到底部。特殊之处在于矩形槽并非位于硅盘中心，而是位于硅盘单侧，从而其存在打破了硅盘的对称性，硅盘中心和矩形槽中心之间的距离D为8μm，整个结构称为对称性破坏的硅盘。同时为了确保能在感兴趣的频带上进行亚波长操作，我们设阵列在X和Y两个方向上的周期P为120μm。
基于有限元方法仿真计算太赫兹辐射垂直入射到对称性破坏结构中的透射谱，其中正入射的太赫兹平面波沿Y方向极化。如图3实线所示，除了在高频区域1.45THz附近存在一个宽谐振外，还在1.143THz处观察到具有明显法诺型特征的超锐谐振。为了便于比较以及表明矩形槽的作用，图3中的虚线还给出了相同激励下通过完整固态硅盘阵列(即硅盘上没有矩形槽)的太赫兹透射谱作为参考。这些结果展示，在1.45THz附近的宽谐振也出现在参考样品中，而在1.143THz处的尖锐谐振却没有出现在参考样品中。
虽然研究结果指出这种圆形高折射率半导体微盘的确支持多种偶极谐振模式，包括电偶极子和磁偶极子谐振等，并且这些谐振已经在光波段被用来增强光与物质的相互作用和非线性应用，但是在1.143THz处的尖锐谐振却不属于这一类偶极谐振。该尖锐谐振是由于在圆盘中引入矩形槽才产生的一种新颖的模式，其核心条件是打破微盘的对称性。
在较低频谱范围内的尖锐谐振的带宽很窄，如图4所示为尖锐谐振附近频谱的放大部分，可以看出谐振的带宽在0.5GHz左右，表明这种谐振的品质因子大于2000。为了研究尖锐谐振的起源，我们仿真绘制了在1.143THz谐振频率处，硅盘中心平面(即XZ平面)上磁场的强度以及电场的矢量分布，如图5所示，该平面上的电场形成了一个完美的循环分布，并且在硅盘中心处磁场的场强最强。当硅盘中存在矩形槽时，Y方向极化的太赫兹平面波垂直入射到对称性破坏的结构后，首先在槽内激发出一个强电场。从图5中还可以看出，矩形槽内的电场最强，这是因为槽内的电场线与在硅盘内循环的电场线有很大程度上的重叠，因此在1.143THz处的尖锐谐振随后被激发，并且这些场分布说明，尖锐谐振是一种新型磁偶极子模式。图5的场分布同样表明，为了得到具有更高品质因子的谐振，我们需要调整硅盘内矩形槽的相对位置，进而增强入射太赫兹与矩形槽内局域场之间的耦合。
高品质因子表明此谐振的频率对圆盘材料的折射率高度敏感，谐振频率的移动将会导致最初谐振频率处太赫兹辐射的透过率发生明显变化，从而可以实现一种高效的太赫兹开关。本公开使用光泵浦的方法在微盘材料中产生光生载流子，基于在太赫兹波段中硅的折射率随载流子浓度的变化，验证太赫兹开关效果。
假设使用的泵浦激光波长为800nm，由于该波长值比结构的特征尺寸小得多，为了简单起见，我们忽略激光在矩形槽和圆盘边缘的衍射效应。由于圆盘的厚度较大，因此我们需要考虑激光在整个硅层厚度上的传播和衰减。假定不同功率的激光具有相同的内量子效率，这时载流子的浓度为：
其中，n0是硅盘上表面的光载流子浓度，n2是硅在泵浦波长(800nm)处折射率的虚部，值为0.0065435，k0是泵浦激光在真空中的波数。
硅在太赫兹波段的折射率由Drude公式来表示：
其中，ε∞是硅的本征介电常数并且值为11.7，ω是太赫兹波的角频率，由此可以分别得出与位置相关的等离子体频率ωp(z)和阻尼率γ(z)与自由载流子的浓度的关系为：
其中e是电子电荷，m*是自由载流子的有效质量(对于电子来说，m*＝0.26m0，其中m0是电子静止质量)，μ(z)是自由载流子的迁移率，其中μ(z)可以由下列经验公式计算：
其中μmin,μmax和α的经验参数值分别为65cm2/V·s,1330cm2/V·s,8.5×1016cm-3。在仿真计算过程中，假定工作温度是室温。
利用n0与激光功率的线性关系并结合(1)式，计算出硅盘中沿z方向传播的光载流子浓度以及硅折射率在太赫兹频率上的变化。如图6中浅色实线所示，在一个相当低的光泵浦功率(60μW)下，硅盘阵列的上表面激发的光载流子密度的值达到3.0×1014cm-3，并且这个光载流子密度在硅层厚度方向上以指数衰减的形式衰减到底部。如图6中深色实线所示，由于这些光生载流子的存在，硅在太赫兹波段的折射率发生了微小的变化，从圆盘上表面的3.418减少到底部的3.411。从图6中还可以看出，硅折射率的变化并不均匀，并且在硅层底部的变化可以忽略不计。由于谐振的高品质因子与对称性破坏的硅盘阵列有关，因此硅的折射率发生轻微的甚至不均匀的变化仍然会导致谐振频率的明显移动。
对于太赫兹开关的应用，使用原谐振处的f0＝1.143THz作为工作频率，当改变入射泵浦激光的功率时检测其透过率。
如图7所示，在这个工作频率上的透过率对泵浦激光功率非常敏感，即使泵浦激光功率只有几十μW的量级，透过率也能从0增加到50％以上。由于光生载流子的存在导致硅折射率的下降和谐振频率的蓝移，泵浦后的太赫兹透过率大约在80％左右达到饱和。
图8比较了无泵浦和泵浦激光功率为100μW时两种情况下在谐振频率附近的透射光谱，可见，在1.143THz处有明显的光谱蓝移和透过率增加的变化。在100μW泵浦条件时，由于硅折射率减小引起的谐振结构前向散射截面变化，因此谐振频率处的透过率并不为0。
当微盘材料为InGaAs(铟镓砷)半导体外延材料时，其在太赫兹波段同样支持与实例1类似的高品质因子谐振。由于InGaAs的禁带宽度较小，泵浦光可以采用波长在1550nm附近的光通信激光。由于InGaAs材料在太赫兹频率上具有较大的折射率和较高的光载流子迁移率，本公开既可以在低泵浦激光功率下获得高开关效率，又可以获得极短的太赫兹开关响应时间。由于1550nm是光通信网络中常用的激光波长，因此与半导体材料高阻硅相比，基于本技术的InGaAs微盘太赫兹开关更具有商业意义。
本公开对称性破坏的高折射率半导体微盘阵列支持一种具有高品质因子的新型谐振，在谐振频率处的太赫兹波透过率对半导体材料在太赫兹波段下的折射率高度敏感，从而可以采用光子能量大于半导体禁带的泵浦光来改变微盘内的光生载流子密度，进而改变在太赫兹波段下微盘材料的折射率，最终控制谐振频率处太赫兹波的透过率。光泵浦功率密度在10μW/cm2的数量级，即可实现谐振频率处太赫兹波透过率从0到50％以上的变化。
实施例二
本实施例提供了基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关的工作方法；
基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关的工作方法，包括：
通过激光是否照射到圆形微盘上，来决定太赫兹波是否通过圆形微盘，以实现对太赫兹波的开或关。
太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：
当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；
当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，谐振频率发生改变，这样原本不能通过圆形微盘的太赫兹波，就能通过圆形微盘从基底下表面输出。
当外加激光的功率由零逐渐上升时，圆形微盘内光生载流子密度也随之逐渐变大，圆形微盘在太赫兹波段的折射率逐渐改变，圆形微盘的谐振频率逐渐偏离，此时原谐振频率下的太赫兹波经过圆形微盘后的透过率上升，太赫兹波通过圆形微盘。
所述圆形微盘设置在基底上，所述圆形微盘上设有矩形槽，所述矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (4)
1.基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关，其特征是，包括：
衬底，所述衬底上方设有圆形微盘，所述圆形微盘上设有矩形槽，所述矩形槽的轴向中心线的延长线穿过圆形微盘的圆心，所述矩形槽的中心点偏离圆形微盘的圆点设定距离；激光垂直照射在圆形微盘的正上方；
通过激光是否照射到圆形微盘上，来决定太赫兹波是否通过圆形微盘，以实现对太赫兹波的开或关；太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：
当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；此时圆形微盘中存在的谐振频率为原太赫兹谐振频率，原太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；
当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，圆形微盘中的太赫兹谐振频率发生改变，原太赫兹频率下的太赫兹波能通过圆形微盘从衬底下表面输出；当外加激光的功率由零逐渐上升时，圆形微盘内光生载流子密度也随之逐渐变大，圆形微盘在太赫兹波段的折射率逐渐改变，圆形微盘的太赫兹谐振频率逐渐偏离原太赫兹谐振频率的位置，此时原太赫兹谐振频率下的太赫兹波经过圆形微盘后的透过率上升，太赫兹波通过圆形微盘；
所述圆形微盘，为基于半导体材料的微盘周期性阵列；
所述激光为泵浦激光。
2.如权利要求1所述的太赫兹开关，其特征是，泵浦激光的功率密度在10μW/cm2的数量级，实现原谐振频率处太赫兹波透过率从0到50％以上的变化。
3.如权利要求2所述的太赫兹开关，其特征是，圆形微盘原太赫兹谐振频率在1.1THz时，谐振的带宽在0.5GHz，表明这种谐振的品质因子大于2000，并且所述原太赫兹谐振的谐振频率能够通过圆形微盘半径的调整来改变，品质因子也通过调整矩形槽的尺寸和横向位置来进一步改善；
当圆形微盘的材料为高阻硅半导体材料时，泵浦激光采用波长在760-820nm的钛-蓝宝石激光；
当圆形微盘的材料为半导体外延材料时，泵浦激光采用波长在1540-1560nm的光通信激光；
所述太赫兹波的谐振效应是磁偶极子模式，其偶极矩方向垂直于圆形微盘表面。
4.基于对称性破坏微盘阵列的太赫兹开关的工作方法，其特征是，包括：
通过激光是否照射到圆形微盘上，来决定太赫兹波是否通过圆形微盘，以实现对太赫兹波的开或关；
太赫兹波从圆形微盘的正上方垂直射入圆形微盘：
当无外加激光时，圆形微盘中存在太赫兹谐振频率；此时圆形微盘中存在的谐振频率为原太赫兹谐振频率，原太赫兹谐振频率下的太赫兹波辐射入射到圆形微盘后，将被约束在圆形微盘内振荡，从而整体太赫兹波透过率低，太赫兹波不能通过圆形微盘；
当有外加激光时，在圆形微盘内产生的光生载流子密度增大，从而影响到圆形微盘在太赫兹波段的折射率，圆形微盘中的太赫兹谐振频率发生改变，原太赫兹频率下的太赫兹波能通过圆形微盘从衬底下表面输出；当外加激光的功率由零逐渐上升时，圆形微盘内光生载流子密度也随之逐渐变大，圆形微盘在太赫兹波段的折射率逐渐改变，圆形微盘的太赫兹谐振频率逐渐偏离原太赫兹谐振频率的位置，此时原太赫兹谐振频率下的太赫兹波经过圆形微盘后的透过率上升，太赫兹波通过圆形微盘；
其中，所述圆形微盘，为基于半导体材料的微盘周期性阵列；
所述激光为泵浦激光。
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