提高太赫兹波空间调制器的调制深度: 金纳米颗粒单层膜的新应用

太赫兹波是频率在0.1THz到10THz波段的电磁波。相比于毫米波和微波,太赫兹波由于波长较短,因此具有更好的空间分辨率(~0.1 mm)和时间分辨率(~ pS);相比于可见和红外光,太赫兹由于波长较长,因此具有良好的穿透性。此外,由于太赫兹波的能量较小(~ meV),因此与物质作用时不会造成损伤。太赫兹波的独特特点让太赫兹波在安检成像、宽带通信、雷达、材料的无损检测和太赫兹波谱等方面具有很大的运用前景。但是受限于太赫兹波与材料较弱的相互作用,太赫兹波从产生、调控到探测的效率非常的低,阻碍了太赫兹波技术的实际运用。因此开发出高效的太赫兹波元器件是推进太赫兹波应用技术的关键。

太赫兹波调制器件能够通过激励信号(光、电、热等)调节太赫波的强度。现目前调节的机理是通过激励信号改变超结构的电磁振荡或者通过激励信号迅速的改变材料的导电性。比如硅基片里的光生载流子能造成透过的太赫兹波强度降低。因此硅基片常被用来作为太赫兹波的光调制器件。但是硅作为太赫兹波的光调制器件,其调制深度很低,需要非常大的激光功率才能得到较大的调制深度。近期,电子科技大学的文天龙副教授、文岐业教授、张怀武教授及其合作者通过在本征硅上面覆盖一层6 nm的金纳米颗粒单层膜将其调制深度在100 mW的激光照射下提高了一个数量级。而且金纳米颗粒单层膜的覆盖并没有增加器件的插入损耗。

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由于自组装技术制备的金纳米颗粒单层膜在器件尺寸内一致均匀,因此对太赫兹波调制的加强在整个器件上是均匀的:即运用该调制器,通过光在二维平面上的像素点的开关可以有效均匀的控制太赫兹波在二维像素点的通过或阻隔。因此该技术可以用于太赫兹波空间调制器,用于代替太赫兹波压缩感知成像中的机械模板,显著提高成像的速度和质量。

相关工作发表在Wiley旗下期刊Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201600248)上,第一作者为文天龙副教授,通讯作者为文天龙副教授,文岐业教授和张怀武教授。