基于石墨烯的光控太赫兹调制器

研究了锗基单层石墨烯结构宽带光控太赫兹调制器。利用实验室搭建的太赫兹时域光谱系统,实验证明了在1 550 nm飞秒光泵浦下,该太赫兹调制器工作带宽为0.2~1.5 THz。当泵浦光功率从0增加到250 mW时,该太赫兹波调制器的平均透过率从40%下降到22%,平均吸收系数从19 cm-1增加到44 cm-1,在0.2~0.7 THz,调制深度均高于50%,最大调制深度为62%（0.38 THz）。实验结果表明,相比于纯锗基太赫兹调制器,单层石墨烯的引入能增强对太赫兹波的调制效果。     

基于亚波长金属孔阵列的光控太赫兹强度调制器

太赫兹波强度调制器对太赫兹技术的发展至关重要。亚波长金属孔阵列可以激发表面等离子激元,增加入射电磁波的透射效率,极大地提高调制器的调制深度。提出了一种基于表面等离子激元的光控太赫兹波强度调制器。首先给出了器件所依赖的基本原理;其次利用传统的微纳加工技术在半绝缘砷化镓衬底上制作出二维亚波长金属孔阵列;最后搭建了太赫兹时域光谱系统,测试了器件样品对太赫兹波的透过率。结果表明:亚波长金属孔阵列可以引起透射率的异常增强,且透射率随着泵浦光强的增大而减小,在特定频率点实现了较高的调制深度。此研究为实现高调制深度的太赫兹波强度调制器提供了参考。     

基于单层二硫化钨光控太赫兹调制器的研究

在太赫兹技术的应用中,控制太赫兹波的传输非常重要,太赫兹调制器被认为是下一代太赫兹无线通信中的重要器件.成功地研究了一种硅上生长单层二硫化钨的新型光泵浦太赫兹调制器,由于在硅衬底和二硫化钨的交界处出会形成异质结,二硫化钨充当着催化剂的作用,在光泵浦的作用下,在异质结处催化出更多的载流子,因此实现了更大的调制深度.结果表明,在泵浦光波长为660 nm、功率仅为117 mW时,该调制器的调制深度达到了63.6%.这种新型二维过渡金属硫化物对太赫兹波的调制有着更高的效率,使其在太赫兹技术中有很好的应用前景.     

太赫兹波前调控器件

正太赫兹波在电磁波谱中介于红外和微波之间。由于其具有许多潜在的应用,得到了人们广泛的重视、人们研发了许多用于太赫兹波谱裁剪和强度调制的器件、但是,却缺少太赫兹波前调制器件。介绍两种新的波前调制方法。第一种方法利用亚波长金属天线实现太赫兹的相位调制。选择八种亚波长天线,他们对太赫兹的振幅调制相通,但相位调制不同。根据不同的波前调制要求可以合理安排天线的分布。设计、制作并表征了透镜、衍射光学元件以及计算相息图、第二种方法是利用空间光调制器将泵浦光打在硅基底上。光生载流子的分布形成了太赫兹振幅全息图,通过光的一级衍射就可以实现预定的振幅相位分布。太赫兹全息图的变化可以达到每秒60帧,实现真正的动态调制。实验结果验证了方法的可行性。     

基于VO2相变的光控太赫兹调制器

基于VO2薄膜相变特性,通过在石英基底上制备VO2薄膜和亚波长金孔阵列,并在理论和实验上研究了金属孔阵列与VO2薄膜置于基底同侧和异侧的两种太赫兹(THz)调制器。系统研究了在光泵浦条件下两种样品的THz波的传输特性。结果表明,随着泵浦光功率的改变,两种结构的器件均可以实现对THz波强度的调制。对比分析两种结构器件的THz透射谱发现,紧邻金属孔阵列的金属相VO2能够有效地抑制THz表面等离子体的局域透射增强效应,使调制器的调制深度得到显著增强,这对基于相变材料调制器的设计具有重要意义。     

动态可调的太赫兹超构表面

近年来,采用人工设计金属阵列的超构表面以实现对太赫兹波的调制受到越来越广泛的关注。设计了2种互补的亚波长金结构阵列超构表面,正、反结构2个超构表面对太赫兹波均有共振响应。利用光泵浦太赫兹时域透射光谱系统,通过控制泵浦光实现对太赫兹波的谱调制。仅需28 mW的外加泵浦光,反结构超构表面在0.91 THz处的振幅调制深度可达到95%。利用该反结构超构表面对太赫兹波的开关作用,进一步设计了太赫兹振幅全息图,希望利用该结构实现太赫兹波前的动态调控。初步的理论模拟验证了这一方法的可行性,可较好地实现对太赫兹波的动态调控。     

基于银/碳纳米颗粒近红外驱动的大调制深度太赫兹调制器

近红外光驱动的太赫兹调制器是太赫兹/红外光纤混合通信系统中的重要组成部分。这里提出了一种基于银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）近红外驱动的太赫兹调制器。实验结果表明，银纳米颗粒（Ag NPs）与碳量子点（CDs）的结合会引起纳米颗粒的量子尺寸效应和介电限域效应，利用Ag NPs/CDs可以增强硅基底对近红外光的吸收，从而实现近红外驱动的太赫兹波调制。通过808 nm的近红外调制激励源，对样品进行了0.22～0.33 THz范围内的太赫兹透射特性的表征，与参考硅基片相比，Ag NPs/CDs近红外太赫兹调制器的调制深度可以达到83%左右，显著高于参考硅基片的调制深度（～54%），实现了大调制深度的太赫兹波调制。本研究工作在太赫兹/红外光纤混合通信系统中拥有重要的应用价值。     

二维材料异质结增强的硅基太赫兹光调制器

研究了石墨烯/氮化硼二维异质结增强的硅基太赫兹波光调制器。利用太赫兹波时域谱系统和实验室自主搭建的太赫兹波动态测试系统分别测试了808 nm激光对太赫兹波的静态和动态调制。当照射在太赫兹波调制器上的激光功率从0增加至500 mW时,平均太赫兹波透过率从58%下降到13%,静态调制深度最高达到76%（500 mW）。动态测试获得的最大调制速度为15 kHz (100 mW)。实验结果表明,与单层石墨烯增强的硅基调制器相比,石墨烯/氮化硼异质结可以更大地提高硅对于太赫兹波的调制深度,并提升调制速度。     

太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜的超快太赫兹调制

研究了利用太赫兹时间分辨系统研究有机卤化物钙钛矿薄膜(CH_3NH_3PbI_3 and CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x)的皮秒尺度的超快太赫兹调制特性.在光激发作用下出现了太赫兹透射波的瞬时下降.相比于CH_3NH_3PbI_3薄膜,在光激发作用下CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜展现了更高的调制深度(10%).通过测算材料的电导率及载流子浓度,其调制机理为瞬态光激发载流子浓度上升.实验结果表明,CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜可作为一种高效超快太赫兹调制器件.     

基于SRR的超材料太赫兹调制器结构设计与调制深度仿真

电磁超材料可用于构建具有控制太赫兹辐射通断功能的太赫兹强度调制器.利用COMSOL仿真软件,通过模拟仿真,研究了基于开口谐振环(SRR)“工字型”超材料太赫兹调制器关键功能结构对器件透射光谱的影响规律,并以此完成了高调制深度器件的结构优化设计.仿真结果表明:优化后器件调制深度达到了74％.     

基于非对称量子阱的太赫兹波调制器

主要研究了一个特殊的GaAs/AlGaAs非对称量子阱中的线性和三阶非线性太赫兹波吸收系数和介质折射率的相对改变。首先利用量子力学中的密度矩阵算符理论和迭代方法导出了线性和三阶非线性光吸收系数和相对折射率改变的表达式,然后以典型的阶梯型量子阱材料为例做了数值计算。计算表明,基于泵浦光场和偏置电压控制的太赫兹波调制器不仅可以做太赫兹波开关,还可以灵活地调制太赫兹波信号的强度和相位,方便实用。     

Tunable,Grating-Gated,Graphene-On-Polyimide Terahertz Modulators

An electrically switchable graphene terahertz (THz) modulator with a tunable-by-design optical bandwidth is presented and it is exploited to compensate the cavity dispersion of a quantum cascade laser (QCL). Electrostatic gating is achieved by a metal grating used as a gate electrode, with an HfO₂/AlO_x gate dielectric on top. This is patterned on a polyimide layer, which acts as a quarter wave resonance cavity, coupled with an Au reflector underneath. The authors achieve 90% modulation depth of the intensity, combined with a 20 kHz electrical bandwidth in the 1.9–2.7 THz range. The modulator is then integrated with a multimode THz QCL. By adjusting the modulator operational bandwidth, the authors demonstrate that the graphene modulator can partially compensate the QCL cavity dispersion, resulting in an integrated laser behaving as a stable frequency comb over 35% of the operational range, with 98 equidistant optical modes and a spectral coverage ~1.2 THz. This paves the way for applications in the terahertz, such as tunable transformation-optics devices, active photonic components, adaptive and quantum optics, and metrological tools for spectroscopy at THz frequencies.     

光子晶体直接耦合结构双波长THz波调制器

THz波调制器是太赫兹波通信系统中的关键器件之一。提出了一种基于复式晶格光子晶体直接耦合结构的双波长THz波调制器。该调制器通过在一个点缺陷中引入非线性材料GaAs(砷化镓),可实现仅通过一个点缺陷对双波长THz波的光控调制。仿真结果表明:当两个不同的THz波入射时,调制器插入损耗小、消光比高、调制速率快。与同类侧耦合结构调制器相比,该调制器具有更高的消光比。     

High-speed InGaAlAs/InAlAs multiple quantum well electrooptic phasemodulators with bandwidth in excess of 20 GHz

High-speed phase modulation (in the frequency bandwidth of 20 GHz, the highest yet reported for multiple quantum well (MQW) phase modulators) for waveguided InGaAlAs/InAlAs MQW optical modulators is reported. The modulator successfully operates at a long wavelength of 1-55 μm with a low required voltage for phase shift (Vπ=3.8 V), small intensity modulation depth below 1.5 dB, and without any modulation bandwidth degradation up to 20 GHz under high input optical power of 0 dBm in single-mode fiber     

基于半导体等离子体频率光学调控的太赫兹波调制系统

介绍了一种太赫兹波光学调制系统,该系统首先通过刀片与半导体之间的狭缝实现太赫兹波和太赫兹表面等离子体波之间的耦合,然后通过改变照射到本征半导体表面的光强用以调控半导体表面的等离子体频率,使得半导体表面的等离子体频率在有光照和无光照条件下分别大于和小于其上传输的太赫兹表面等离子体波的频率,从而实现对在半导体表面传输的太赫兹表面等离子体波以及由其耦合出的太赫兹波的强度调控。该调制方法与传统方法相比具有调控频带宽、速度快、成本低、常温工作等优点,可用于太赫兹波通讯。仿真和实验结果进一步验证了该调制系统应用的可行性。     

THz Wave Modulators: A Brief Review on Different Modulation Techniques

We review different techniques for modulation of the electromagnetic properties of terahertz (THz) waves. We discuss various approaches for electronic, optical, thermal and nonlinear modulation in distinct material systems such as semiconductors, graphene, photonic crystals and metamaterials. The modulators are classified and compared with respect to modulation speed, modulation depth and categorized by the physical quantity they control as e.g. amplitude, phase, spectrum, spatial and temporal properties of the THz wave. Based on the review paper, the reader should obtain guidelines for the proper choice of a specific modulation technique in view of the targeted application.     

High-speed electrooptic phase modulators using InGaAs/InAlAsmultiple quantum well waveguides

High-speed phase modulation of waveguided InGaAs/InAlAs multiple-quantum-well optical modulators operating at 1.55 μm is described. The modulator requires a low voltage for π-phase-shift ( V_π=2.5 V) as well as a small intensity modulation depth of 1 dB. The measured electrical 3-dB bandwidth is 10 GHz, giving a bandwidth-to-voltage ratio of 4 GHz/V     

双级单边带调制产生光纤载太赫兹信号的系统性能分析

提出了一种应用于光纤载太赫兹通信系统(ToF)中双级级联单边带(DSSB)调制的新方案.该方案首先抑制载波双边带调制产生太赫兹波;然后选择载波抑制双边带中的一个边带进行一级单边带数据调制,在数据调制过程中再次采用基带单边带调制技术,由此产生双级级联单边带调制.另外,为了实现系统的优化,对系统中的一些关键参数进行了调整及性能测试,例如:上下边带的衰减比、复用器的带宽、滤波器的带宽等.最后,在系统性能最佳的状态下进行分析,结果显示:对0.1 THz中频载波、数据速率为5 Gbit/s的光载太赫兹信号进行80 km光纤传输,无色散补偿的误码率(BER)仅为1×10~(-11).数量级、接收机灵敏度为-28.8 dBm.