如何提高器件的可调节性

由于InSb的磁光特性与外磁场强度和温度有很强的相关性,因此可以通过调节磁场强度和温度的方式实现对隔离器的主动调控。图7.41(a)和图7.41(b)为器件在T=195 K和不同外磁场强度下的反向透射光谱和隔离度谱,从图中可以看到随着外磁场强度增大,谐振峰和隔离峰向高频移动。此外,正向最大隔离度随着磁场强度增加到0.3 T时达到最大值,之后随外磁场的增加而减小。但是其反向隔离度(即正向入射不透,反向入射可透)逐渐增大,但这种随磁场增加隔离方向翻转的情况并不是我们所期望的。通过模拟仿真可知：在温度T=195 K时,通过调节外磁场的强度,可以调节磁等离子超表面隔离器工作的中心频率(0.55~0.8 THz),但最佳的隔离效果只能在外磁场强度B=0.3 T时获得。

图7.41　

(a,b)在T=195 K和不同外磁场强度下,背向传输的透射光谱和隔离度谱;(c,d)在外磁场强度B=0.3 T和不同温度下,背向传输的透射光谱和隔离度谱;(e,f)当B=0.3 T和T=195 K时,不同InSb层厚度下的背向传输的透射光谱和隔离度谱[15](www.xing528.com)

通过模拟仿真还研究了器件的隔离效果对温度的依赖关系。如图7.41(c)和图7.41(d)所示,当外磁场强度B=0.3 T时,随着温度的升高,谐振峰和隔离峰对应的强度逐渐增大,在195 K时,峰值强度达到最大值,温度继续上升时,峰值逐渐减小。因此可以通过改变温度(从165 K到205 K)实现器件的可调谐(从0.6 THz到0.75 THz)。

下面讨论器件隔离度对几何参数的依赖性。通过模拟得到了InSb层厚度不同时(从80μm到120μm)器件的透射光谱和隔离度谱。如图7.41(e)和图7.41(f)所示,当外磁场强度B=0.3 T、温度T=195 K时,随着InSb层厚度的增加,谐振峰和隔离峰移动到了较低的频率,而正向传输谐振的强度先增加后减小,当厚度为100μm时,其隔离度远高于其他情况。这说明当磁等离子效应与器件结构在特定频率下的谐振完美匹配时,才能有效地增强磁光模式的分裂,从而获得最大的非互易传输隔离度。

另外,还考虑了几何参数的鲁棒性。当L、d、h 1、h 2和g的偏差在±1.5μm以内时,器件依然保持较好的隔离效果。例如,当表面结构的尖锐角变化为半径为1.5μm的圆角时,隔离度稍微下降但仍然超过35 dB。因此,这种具有微米级精度的器件可以通过MEMS技术的深度反应离子刻蚀进行加工制备。