基于黑硅的光控太赫兹调制器及其成像应用

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目基于黑硅的光控太赫兹调制器及其成像应用专业学位类别工程硕士学号201522036039作者姓名金浓指导教师文岐业教授分类号密级注1UDC学位论文基于黑硅的光控太赫兹调制器及其成像应用(题名和副题名)金浓(作者姓名)指导教师文岐业教授电子科技大学成都(姓名、职称、单位名称)申请学位级别硕士专业学位类别工程硕

2、士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期2018.3论文答辩日期2018.5学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号OptialpumpingterahertzmodulatorsbasedonblacksiliconanditsimagingapplicationAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:Master

3、ofEngineeringAuthor:JinNongSupervisor:Prof.WenQiyeSchool:SchoolofElectronicScienceandEngineering(PilotSchoolofMicroelectronics)摘要摘要随着太赫兹辐射源和探测技术的不断发展，太赫兹滤波、吸收、调制等功能器件得到了快速的发展。太赫兹波因其独特的性质，在无线通信、医学检测、人体安检、军事雷达等领域都有重要的应用价值，其中尤其以太赫兹成像技术逐渐成为太赫兹领域的一大研究热潮。目前，制约太

4、赫兹成像技术的因素有很多，获得高性能的太赫兹调控器件是其中之一。太赫兹成像要求调制器有足够大的调制深度来提高成像分辨率，对调制速率的要求相对较低。而光控调制方式易于实现阵列式调控，是实现阵列式成像的重要方式之一。目前，通过激光照射半导体硅进行调制的方式需要很大的激光功率才能达到足够的调制深度，然而所产生的反射光会严重影响整个应用系统的稳定性和安全性。基于这一背景，本文提出了低反射率的黑硅光控太赫兹调制器。首先，通过化学刻蚀的方法分别制备了金字塔结构和微纳米混合结构，这两种结构对波长在250nm-1100n

5、m范围内的光具有很低的反射率，在15%以下，可以极大的提升激光利用率，从而提高调制深度。其次，利用太赫兹时域光谱测试平台测试了金字塔结构和微纳结构的时域谱、频域谱和透射谱，从实验上证明金字塔结构能够大幅提升调制深度，在较小的激光功率下就能够获得较大的调制深度，且不受激光波长影响，在短波长激光下也有很高的调制深度。在638nm激光下，0.8W时的调制深度能够达到90%以上，而相同条件下的硅片仅有30%。再次，通过太赫兹动态测试平台测试了调制速率，得出金字塔结构和微纳混和结构在调制速率上与普通硅片相当，但是却

6、具有更大的调制深度。我们通过有限元方法进行了仿真计算，验证了实验结果并分析了金字塔结构尺寸对太赫兹透射率的影响，得出金字塔高度主要影响太赫兹透射率、金字塔底边长主要影响频率的结论。最后，利用空间光调制器和金字塔结构太赫兹调制器相结合，构建了太赫兹空间型成像系统，并成功完成3×3阵列成像和6×6阵列成像，为太赫兹快速成像提供了新的技术途径。关键词：太赫兹波，调制器，黑硅，金字塔结构，阵列成像IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentoftheterahertzradiations

7、ourceanddetectiontechnology,terahertzfiltering,absorption,modulationandotherfunctionaldeviceshavebeendevelopedrapidly.Terahertzhasanimportantapplicationvalueinthefieldsofwirelesscommunication,medicaltesting,humansecurityinspection,militaryradarandotherfie

8、ldsbecauseofitsuniquenature.Amongthem,terahertzimaginghasgraduallybecomeagreatresearchupsurgeintheterahertzfield.Atpresent,therearemanyfactorsrestrictingthedevelopmentofterahertzimagingtechnology,oneofthemishowtoobt