太赫兹波欧玛尔OMAL开关
近年来,处于宏观电子学到微观电子学过渡区域的太赫兹波无疑是一个崭新的研究领域。太赫兹波辐射源与检测手段突飞猛进的进步促进了相关功能器件的悄然兴起。太赫兹波OMAL开关是一类十分重要的功能器件。在电磁反射过程中,实际反射的光相比于几何光学反射点会经历一个侧向位移,这个侧向位移被叫做古斯汉欣位移。

太赫兹波欧玛尔OMAL开关
基于棱镜耦合结构中的古斯汉欣位移设计了太赫兹波OMAL开关并进行了理论计算及仿真验证:设计了基于棱镜耦合结构的温度控制太赫兹波OMAL开关。OMAL开关由高折射率的棱镜和温度控制薄膜层两层材料组成。太赫兹波从棱镜左侧入射,在棱镜右侧固定一个太赫兹波探测器。薄膜材料为温敏材料锑化铟(In Sb),当外界温度改变时,In Sb介电常数也随之改变,影响棱镜/薄膜结构的反射系数,进而对古斯汉欣位移的大小产生影响。当频率为0.857THz的TE波以45.78°入射到棱镜/薄膜结构,在外界温度为210K时,反射太赫兹波的古斯汉欣位移几乎为零,此时棱镜右侧的太赫兹波探测器可以探测到反射的太赫兹波,这种状态可以称为太赫兹波OMAL开关“开”状态。当外界温度降到200K时,反射太赫兹波产生2.785mm古斯汉欣位移,此时棱镜右侧的太赫兹波探测器再也探测不到反射太赫兹波,这种情况可以作为太赫兹波OMAL开关“关”状态。该OMAL开关的消光比可达24.3d B,可见该结构很好地实现“OMAL开关”功能。设计了基于棱镜耦合结构的磁控太赫兹波OMAL开关。OMAL开关结构由高折射率的棱镜和磁场控制磁性材料镥铋石榴石(Lu Bi IG)单晶薄膜组成。太赫兹波从棱镜的左侧入射,在棱镜的右侧固定一个太赫兹波探测器。磁性材料Lu Bi IG的电磁特性随外加磁场的改变而改变,通过外加磁场改变磁性薄膜材料的介电常数,从而改变棱镜/薄膜结构反射太赫兹波的反射系数,进而对反射太赫兹波古斯汉欣位移的大小产生影响。当TE偏振波以42.68°入射到棱镜-薄膜结构,入射TE偏振波的频率为太赫兹波通信频段0.8571THz,磁性材料薄膜厚度为150μm。当外加磁场B=0T时,反射太赫兹波的古斯汉欣位移几乎为零,此时棱镜右侧的太赫兹波探测器可以探测到反射的太赫兹波,这种状态可以称为太赫兹波OMAL开关“开”状态;当其他条件相同,外加磁场B=30.8T时,反射太赫兹波产生1.862mm古斯汉欣位移,此时太赫兹波探测器探测不到反射的太赫兹波,这种情况可以作为太赫兹波OMAL开关“关”状态;可见该结构很好地实现了“OMAL开关”功能。计算得到该OMAL开关的消光比为17.12d B。3.设计了两种不同的基于棱镜耦合结构的电控太赫兹波OMAL开关。基于液晶结构的太赫兹波电控OMAL开关,该结构由棱镜-上电极矩形环-液晶-下电极组成,太赫兹波从棱镜的左侧入射,在棱镜的右侧固定一个太赫兹波探测器。上下电极加电场可以改变液晶的折射率从而改变结构的反射系数进而影响反射太赫兹波的古斯汉欣位移。当入射0.857THz TM偏振波以30°入射到棱镜/液晶结构,无外加电场时,液晶的折射率为1.53,此时反射太赫兹波的古斯汉欣位移几乎为零,棱镜右侧的太赫兹波探测器可以探测到反射的太赫兹波,此种状态可以称为太赫兹波OMAL开关“开”状态。当外加一定电场使液晶的折射率变为1.75时,反射太赫兹波的古斯汉欣位移约为2.36mm,棱镜右侧的太赫兹波探测器探测不到反射的太赫兹波,这种情况可以作为太赫兹波OMAL开关“关”状态,可见该结构很好地实现了“OMAL开关”功能。

太赫兹波欧玛尔OMAL开关
基于石墨烯结构的太赫兹波电控OMAL开关,此OMAL开关结构为棱镜/石墨烯/Si O2/Si结构,此结构中石墨烯介质层的下表面及Si介质层的上表面分别作为上电极和下电极,当上电极和下电极外加偏压时可以改变石墨烯的介电常数从而改变结构的反射太赫兹波的古斯汉欣位移,实现OMAL开关的性能。此结构得到的古斯汉欣位移非常大可以达到入射波长的近250倍,且OMAL开关的响应速度非常快,可达皮秒量级。