基于VO2薄膜的THz波調(diào)制器件研究.pdf

1、由于具有其他波段無法比擬的特點(diǎn),THz波在成像、通信、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用空間。而THz技術(shù)要真正步入實(shí)際應(yīng)用,相應(yīng)的調(diào)制器件是必不可少的,所以隨著THz波發(fā)射和探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)THz調(diào)制器件的研究也越來越引起人們的重視。本論文旨在利用VO2薄膜的相變特性通過對(duì)THz波振幅進(jìn)行調(diào)制以實(shí)現(xiàn)THz頻率范圍的濾波功能。
　　首先,對(duì)調(diào)制器件相關(guān)材料在THz波段的具體參數(shù)進(jìn)行了提取。為此,推導(dǎo)了一般情況下材料參數(shù)與TH

2、z波透過譜之間的關(guān)系,并且根據(jù)材料厚度的不同,分別對(duì)塊狀晶體和薄膜材料分別進(jìn)行討論計(jì)算。最終根據(jù)上述理論求得了論文中涉及到的藍(lán)寶石基底和VO2薄膜在THz波段的折射率、電導(dǎo)率以及介電常數(shù)等信息。
　　其次,利用具有快速退火工序的磁控濺射手段制備了 VO2薄膜,并且利用THz時(shí)域頻譜系統(tǒng)研究了經(jīng)過不同退火溫度和退火時(shí)間處理過的 VO2薄膜的光致相變特性。通過分析相變深度、相變點(diǎn)寬度、相變閾值等參數(shù),得出退火溫度和退火時(shí)間分別為560

3、°和60 s時(shí),制備的VO2薄膜相變性能最好,對(duì)于THz波可以獲得將近80％的調(diào)制度。同時(shí)也對(duì) VO2薄膜的熱致相變進(jìn)行了研究,獲得的結(jié)果跟光致相變相一致。
　　最后,把具有相變特性的VO2薄膜與金屬孔陣列的表面等離子激元(SPP)相結(jié)合,通過改變金屬孔結(jié)構(gòu)形狀和介電層實(shí)現(xiàn)了對(duì) THz波的靈活調(diào)制。經(jīng)過理論模擬,分別得出十字結(jié)構(gòu)的SPP共振特性與十字形狀以及基底VO2薄膜電導(dǎo)率之間的關(guān)系。之后通過光刻手段,以 VO2薄膜作為基底,