器件的结构示意图如图4.16(a)所示,在金属平板上形成周期性的十字形金属槽,InSb按图4.16(b)所示的几何结构局部地镶嵌在槽中,形成金属-半导体混合型SPW,将该波导置于PPWG中传输,如图4.16(c)所示。槽深度为h,PPWG空气间隙宽度为b。
(a)介电常数的实部;(b)介电常数的虚部;(c)电导率
图4.16 (www.xing528.com)
(a)器件的结构示意图;(b)一个单元的结构示意图;(c)传输装置示意图[6]
为了使器件工作在THz波段,图4.16(b)中几何参数设定为l=150μm、a=110μm、w=10μm和d=50μm。当T=150℃时,以h和b为变量,采用FDTD算法研究几何参数对器件传输性质的影响,如图4.17所示。由图可以看出,器件的传输谱线存在三个强谐振谷,谐振频带处的THz波不能沿器件传输,谐振频带外的THz波可以很好地透过器件。槽深度主要影响谐振频率位置,随着槽深度的增加,谐振频率向低频移动;PPWG空气间隙宽度主要影响谐振强度,而不影响谐振频率位置,随着PPWG空气间隙宽度增大,谐振强度减弱,谐振带宽变窄。图4.17(c)显示了这三个谐振频带处对应的模场分布。基模为一阶纵模(L1),其谐振能量分布在沿波传播方向的槽内,集中在InSb所在的位置;第二个模式为二阶纵模(L2),其谐振能量分布与前者一致;第三个模式为一阶横模(H1),其谐振能量分布在槽内空气中,垂直于波传播方向。两个纵模的性质与InSb直接有关,而横模的性质与InSb没有直接关联,因此,InSb的载流子浓度变化对两种模式的影响是不同的,它们对应频段的谱线透过率会发生不同的变化。
图4.17 几何参数对器件传输谱线的影响[6]
(a)槽深度h=60μm;(b)槽深度h=40μm;(c)三个谐振频带处对应的模场分布
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