太赫兹调制器制造技术

根据一个方面，本发明专利技术涉及一种用于给定使用频带的太赫兹调制器。所述调制器包括极性半导体晶体(330)，其具有覆盖所述使用频带的剩余射线波段，并且具有与电介质媒介的至少一个界面；耦合装置(330)，其允许由所述界面支撑的界面声子极化激元(IPhP)与在所述使用频带中的预定频率的入射辐射(2)的谐振耦合；以及控制装置(22)，其通过修改所述极性晶体(10)的剩余射线波段中的所述极性晶体的电介质函数，而倾向于修改所述界面声子极化激元和所述入射辐射(2)之间的耦合强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太赫兹调制器
本专利技术涉及太赫兹频率域的有源部件。更具体而言，本专利技术涉及用于太赫兹辐射的调制器。
技术介绍
太赫兹域通常由具有0.1到30THz之间的频率的辐射限定。该频带覆盖了电子领域和光子领域。太赫兹域中的器件遭遇到了固有操作限制：工作频率对于基于电子的部件而言太高，并且对于光子而言能量太低而难以有效工作。虽然如此，但是这个频域具有很大的应用潜力，例如在通常分配用于电信的频率范围趋于饱和的电信领域。特别是在美国，上升至0.3THz的频率范围的分配已经饱和。这种应用潜力是鼓励发展允许利用太赫兹辐射的部件，特别是调制器。在太赫兹调制器领域，已知的是一种基于通过亚波长孔的光栅的谐振传播的装置，其由锑化铟(InSb)晶体构成。这种装置描述在例如Janke等的“All-opticalswitchingofthetransmissionelectromagneticradiationthroughsub-wavelengthapertures”(OpticsLettersVol.30,No.18,pages2357-2359,2005)中。在这篇文献中，公开了通过光学激励该结构，由于太赫兹辐射和晶体表面处的表面极化等离子体激光之间的耦合导致的谐振传输怎样能够被控制在大约0.5THz。然而，正如这个文献所示出的结果，这种控制是有限的，包括在较低的温度下。另外，在环境温度下，已知该传输被限制为最大传输的0.2％。本专利技术的一个目的包括提供一种太赫兹调制器，其尤其能够在环境温度下更有效地运行。
技术实现思路
依照第一方面，本专利技术涉及种用于给定使用频带的太赫兹调制器，包括：-半导体极性晶体(10)，其具有覆盖所述使用频带的剩余射线波段，并且具有与电介质媒介的至少一个界面；-耦合装置，其允许由所述界面支撑的界面声子极化激元(IPhP)与在所述使用频带中的频率的入射辐射(2)的谐振耦合；以及-控制装置(20)，其通过修改所述极性晶体(10)的剩余射线波段中的所述极性晶体(10)的电介质函数，而倾向于修改所述界面声子极化激元和所述入射辐射极化激元之间的耦合强度。因此，在该晶体的所谓剩余射线频带中的极性晶体的电介质函数的谐振效应被用于生成运行在环境温度下的显著效率的太赫兹调制器。所述调制器能够以反射方式运行，所述界面声子极化激元和所述入射辐射之间的耦合强度的变化导致所述部件在入射波的波长下的反射率的变化，或者根据所述部件的实施方式所述调制器以透射方式运行。有利地，所述极性晶体具有与电介质媒介的两个界面，所述界面足够接近，以允许沿着每个所述界面传播的界面声子极化激元的耦合。两个界面声子极化激元模式的耦合使得电磁场的限制进一步明显，而且通过利用控制装置使得耦合的变化更敏感而显著地改善所述调制器的效率。典型地，所述两个界面之间的距离可以小于一百纳米。根据示例，所述半导体极性晶体是Ⅲ-Ⅴ族半导体，例如砷化镓(GaAs)、砷化铝(AlAs)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)等。根据另一示例，所述半导体极性晶体是Ⅱ-VI族半导体，例如硒化锌(ZnSe)、碲化汞(HgTe)、碲化镉(CdTe)等，或者Ⅰ-Ⅶ族半导体，例如氯化钠(NaCl)、溴化钾(KBr)等。根据另一示例，所述半导体极性晶体是Ⅳ-Ⅳ族半导体，例如碳化硅(SiC)。另外，也可以采用三元合金(具有三种元素，例如AlGaAs)、四元合金(具有四种元素，例如InGaAlAs)或更多元合金。在下面的描述中，术语半导体极性材料包括所有这些材料。根据变型，所述极性晶体是掺杂的。所述极性晶体中的自由载流子的产生使得电介质函数的谐振波段变宽和/或发生偏移。根据本专利技术的调制器的第一实施例，所述耦合装置一体形成在所述极性晶体中。换句话说，构造所述极性晶体以形成所述界面声子极化激元和入射辐射之间的耦合元件。例如，构造所述极性晶体以形成一个或多个晶体叶片，每个晶体叶片都形成意在与入射辐射耦合的光学天线，每个所述叶片的大面形成与电介质媒介(例如空气或真空)的两个界面。有利地，所述耦合装置包括多个这种叶片。根据第一示例，这些叶片的形状和大小是完全相同的，优化所述叶片以用于与频率位于窄的可用光谱带的入射辐射的耦合。根据第二示例，所述叶片呈现不同的形状和大小，其允许使得调制器的可用光谱带变宽。根据第一变型，所述叶片被布设成垂直于衬底，所述衬底意于设置于垂直于所述入射辐射的入射平面的平面内。根据第二变型，所述元件设置在一个平面内，并且形成悬浮膜(suspendedmembrane)，所述膜的平面意于设置在垂直于所述入射辐射的入射平面的平面内。在所描述的第一实施例的情况下，所述控制装置可以包括光源，所述光源照射所述界面并且具有给定光谱带，使得由所述光源产生的光子能量大于所述极性晶体的能隙。单个光源的照明，例如发射对于极性晶体例如GaAs可见的光源，因此实现所述极性晶体的电介质函数的改变，并且因此实现耦合强度和/或频率的改变，这导致调制器的反射率的改变。有利地，短波长，即呈现出比能隙高得多的光子能量，将被用作控制光源。也可以使用宽波段光源。在所述极性晶体为晶体叶片的情况下，可以在所述叶片的大面形成的每一个界面上提供所述控制光源的照明。当所述耦合装置包括多个叶片时，它们可以沿着单个方向设置。替代地，所述叶片可以沿着两个垂直的方向设置，从而使得所述系统对入射太赫兹辐射的极化不敏感。根据本专利技术的调制器的第二实施例，所述极性晶体形成至少一个薄层，所述至少一个薄层被具有高能隙的半导体电介质材料的至少第一和第二阻挡层围绕，以与极性晶体层形成一个或多个量子阱。例如，所述耦合装置可以包括光学纳米天线和镜子的组，其被设置为形成一个内部有所述量子阱的谐振腔。因此，在所述量子阱内可以显著得到电磁场局限。有利地，间隔体可以允许适应所述光谐振腔的宽度。在所描述的第二实施例中，所述控制装置可以是倾向于控制所述量子阱中的电子密度的电气控制装置。根据第二方面，本专利技术涉及一种调制太赫兹频率入射辐射的方法，所述频率包括在半导体极性晶体的剩余射线波段中的给定使用频带内，所述方法包括以下步骤：-使所述太赫兹频率的入射辐射和在所述极性晶体和电介质媒介的界面处的界面声子极化激元谐振耦合；-通过改变所述极性晶体的剩余射线波段中的所述极性晶体的电介质函数，来改变耦合强度。所述耦合强度的改变能够导致所述入射辐射在所述极性晶体和电介质媒介之间的所述界面上的反射或透射的改变。根据所述方法的第一实施例，通过利用可见光源照射所述极性晶体和电介质媒介之间的所述界面，来获得所述极性晶体的电介质函数的改变，所述极性晶体被构造为形成允许耦合入射辐射的至少一个光学天线。根据所述方法的第二实施例，其中所述极性晶体在具有高能隙的半导体电介质材料的至少第一和第二阻挡层之间形成至少一个薄层，以形成一个或多个量子阱，通过向所述极性晶体施加电压以控制所述量子阱中的电子密度来获得所述极性晶体的电介质函数的改变。根据第三方面，本专利技术涉及一种数据传输系统，其包括THz发射源、根据第一方面的调制器和THz辐射探测器，所述调制器根据包含所述数据的信号来进行控制。附图说明本专利技术的其他特征和优点将通过阅读由附图示出的下列描述而变得显而易见，其中：图1是示意性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于给定使用频带(Δv)中的太赫兹调制器(1)，包括：‑半导体极性晶体(10)，其具有覆盖所述使用频带的剩余射线波段，并且具有与电介质媒介的至少一个界面；‑耦合装置(30)，其允许由所述界面支撑的界面声子极化激元(IPhP)与在所述使用频带中的频率的入射辐射(2)的谐振耦合；以及‑控制装置(20)，其通过修改所述极性晶体(10)的剩余射线波段中的所述极性晶体(10)的电介质函数，而倾向于修改所述界面声子极化激元和所述入射辐射(2)之间的耦合强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.14 FR 11511891.一种用于给定使用频带(Δν)中的太赫兹调制器(1)，其特征在于：所述太赫兹调制器(1)包括：-半导体极性晶体(10)，其具有覆盖所述使用频带的剩余射线波段，并且具有与电介质媒介的至少一个界面；-耦合装置(30)，其允许由所述界面支撑的界面声子极化激元(IPhP)与在所述使用频带中的频率的入射辐射(2)的谐振耦合；以及-控制装置(20)，其通过修改所述极性晶体(10)的剩余射线波段中的所述极性晶体(10)的电介质函数，而倾向于修改所述界面声子极化激元和所述入射辐射(2)之间的耦合强度。2.如权利要求1所述的太赫兹调制器，其中所述极性晶体具有与电介质媒介的至少两个界面，所述界面足够接近以允许沿着每个所述界面传播的界面声子极化激元的耦合。3.如权利要求2所述的太赫兹调制器，其中所述两个界面之间的距离小于一百纳米。4.如前述权利要求中的任一项所述的太赫兹调制器，其中极性晶体(10)是掺杂的。5.如权利要求1-3中的任一项所述的太赫兹调制器，其中所述耦合装置(330、732)一体形成在所述极性晶体中。6.如权利要求5所述的太赫兹调制器，其中构造所述极性晶体以形成一个或多个晶体叶片(330)，每一个所述晶体叶片形成与所述入射辐射耦合的光学天线，每一个所述叶片的大面形成与电介质媒介的两个界面(333、334)。7.如权利要求6所述的太赫兹调制器，其中构造所述极性晶体以形成沿着主方向布设的多个叶片的组。8.如权利要求6所述的太赫兹调制器，其中构造所述极性晶体以形成沿着两个基本垂直的方向布设的多个叶片的组。9.如权利要求6-8中的任一项所述的太赫兹调制器，其中构造所述极性晶体以形成多个叶片的组，并且每一个叶片是相同的。10.如权利要求6-8中的任一项所述的太赫兹调制器，其中构造所述极性晶体以形成多个叶片的组，并且所述叶片的至少一部分具有与其他叶片不同的形状，从而允许所述调制器的所述使用频带变宽。11.如权利要求6-8中的任一项所述的太赫兹调制器，其中所述叶片被布设成垂直于衬底(310)，所述衬底被布设在垂直于所述入射辐射(2)的入射面的平面内。12.如权利要求6-8中的任一项所述的太赫兹调制器，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·瓦桑，F·帕尔多，JL·珀卢阿尔，JJ·格雷费，A·阿尔尚博，F·马基耶，
申请(专利权)人：国立科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR