电控双肖特基栅阵THz调制器原理及应用

4.2节的理论研究结果显示出MSSPW调制器在THz波传输和调制上的优势,它的核心设计思想和工作机理如下：(1)金属波导作为支持THz传输和表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPP)的主要结构,可以实现强谐振和高透过率;(2)局部地引入半导体材料,通过改变半导体中载流子浓度实现对SPP的调控,从而实现对THz波的调制。然而,4.2节提出的器件结构在加工和调控手段上还存在问题：一是很难在金属基底上局部地生长几十微米厚的半导体材料;二是温度调控的器件响应时间很慢。

近年来,通过半导体电子学手段调控THz波的光子器件取得了长足的进步,利用传统半导体材料和石墨烯、碳纳米管等新型材料构成诸如肖特基二极管、高电子迁移率晶体管等THz调制器。由于它们多是常温工作的固态电子器件,因此它们在THz通信和成像系统中具有良好的集成性和实用性。然而,目前这些器件大多是对自由空间THz波进行调制的二维平面结构(如超材料和孔阵列)。一方面,由于在THz波传播方向上不存在周期性谐振单元,影响了器件谐振的Q值,器件的调制深度、动态范围、灵敏度、工作电压等受到器件结构和调制机理的限制;另一方面,由于器件为大幅面平面器件,很难将其集成到实用化的THz应用系统中,尤其是通信系统。只有采用波导结构传输和调制THz波,才能在传播方向上引入多个周期性谐振单元来增强器件与THz波的相互作用,同时又便于与其他THz固态电子器件(如THz量子级联激光器和THz量子阱探测器)的集成。(www.xing528.com)

这里介绍一种包含固态电子器件结构的双肖特基栅阵表面等离子体波导(Double Schottky-SPW,DSSPW)THz调制器,它既能很好地通过现有半导体工艺进行加工,又能通过施加较低的偏压对THz波进行灵活调制。