光控微带共振型太赫兹波快速调制器研究

太赫兹波（THz）具有频段资源丰富，带宽大，保密性好，传输速率高等优点，在未来短距离无线通信中具有广阔的应用前景。其中THz波信号调制器是太赫兹无线通信应用的核心关键技术之一，如何提高THz波调制速度，调制深度和调制带宽是当前THz波调制器的研究热点和难点。本项目提出在GaAs基体表面制作对称微带共振结构，利用外加激光辐照GaAs基体激发光生载流子，使微带共振结构的谐振发生快速改变，影响对太赫兹波的吸收，实现对太赫兹波快速信号调制。研究利用光控载流子技术影响微带共振结构的谐振对太赫兹波进行快速信号调制的机理；建立基于微带共振结构的太赫兹波调制器理论分析模型；对微带共振结构太赫兹波调制器进行优化设计、制作和测试。该项目的意义在于获得在室温下运行的高速太赫兹波调制器，具有调制速度快，调制深度大，带宽大和结构尺寸小等优点，将对THz波在未来无线通信中的应用起到巨大的推动作用。

太赫兹波（THz）具有频段资源丰富，带宽大，保密性好，传输速率高等优点，在未来短距离无线通信中具有广阔的应用前景。其中THz波信号调制器是太赫兹无线通信应用的核心关键技术之一，也是当前的研究热点。本项目提出在GaAs基体表面制作对称微带共振结构，利用外加激光辐照GaAs基体激发光生载流子，使微带共振结构的谐振发生快速改变，影响太赫兹波的传输，实现对太赫兹波信号调制。研究分析了在本征GaAs、低温GaAs基体表面设计不同微带共振结构的太赫兹波传输特性，分析了不同基体厚度对太赫兹波传输影响。研究了不同的外加激光能量激发光生载流子改变微带共振结构的谐振，分析了不同功率的外加激光输入功率和入射角对太赫兹波吸收的影响，完成了微带共振结构的太赫兹波调制器理论计算。初步确定了便于控制的外加激光辐照波长，获得了基体最佳厚度、结构单元尺寸和周期参数。. 利用FEM数值计算软件包对设计的对称微带共振结构太赫兹波调制器进行了仿真，研究微带共振结构单元线宽和线间距对太赫兹波传输影响，综合各个方面的因素对器件结构参数进行优化。通过外加激光辐照基体可以有效改变太赫兹波传输透过微带共振结构的能量，其透射变化率达到60%~80%。完成了对微带共振结构太赫兹波调制器制作，获得太赫兹波调制器的完整制作工艺流程。计算结果表明微带线缺口的尺寸为2μm，周期为50μm，微带共振结构单元总数为100×100个周期，可以很好控制太赫兹波传输。实验表明采用780nm激光辐照基体材料获得微带共振结构太赫兹波调制器的调制速度2ms，消光比19.4dB，获得微带共振结构太赫兹波调制器样品。研究对比发现由于低温GaAs材料的载流子寿命比较短，利用低温GaAs材料作为基体，可以获得更快的太赫兹波控制速度。