基于二维碲薄膜的光控太赫兹波调制系统

本技术涉及太赫兹器件领域，尤其涉及一种基于二维碲薄膜的光控太赫兹波调制系统。

背景技术：

1、太赫兹(thz)波具有宽带、低光子能量和指纹特征，在无线通信、成像、生物医学等领域有着广泛的应用。然而，缺乏优秀的光电器件在一定程度上限制了太赫兹波技术的发展。二维(2-dimension，简称2d)材料具有独特的物理特性，如可调谐的能带结构、原子薄膜的厚度、强光与物质的相互作用、快速的载流子复合等，为研究基础物理和重要器件概念中的光与物质相互作用提供了一个有趣的平台。

2、在实现本实用新型的过程中，申请人发现：现有技术的光控太赫兹波调制芯片有较高的调制深度但调制速率较为缓慢，从而影响其在光电器件中的发展。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、有鉴于此，本实用新型期望至少部分解决上述技术问题中的其中之一，特提出一种基于二维碲薄膜的光控太赫兹波调制系统。

3、(二)技术方案

4、本实用新型中，基于二维碲薄膜的光控太赫兹波调制系统包括：光控太赫兹波调制芯片，包括：绝缘衬底，其在光激发后不产生载流子且太赫兹波可透过；碲薄膜，形成于绝缘衬底上；光泵浦源，其泵浦激光出口对准光控太赫兹波调制芯片的薄膜侧；太赫兹波源和太赫兹波探测器，两者相对设置，其中，太赫兹波源位于光控太赫兹波调制芯片的薄膜侧；太赫兹波探测器位于光控太赫兹波调制芯片的衬底侧；其中，太赫兹波源发射的太赫兹波通过光控太赫兹波调制芯片，由太赫兹波探测器进行探测，利用光泵浦源产生的泵浦激光对通过光控太赫兹波调制芯片的太赫兹波进行调制。

5、在本实用新型的一些实施例中，光控太赫兹波调制芯片还包括：第二薄膜，形成于碲薄膜之上或绝缘衬底和碲薄膜之间；其中，碲薄膜和第二薄膜的界面形成二维范氏异质结。

6、在本实用新型的一些实施例中，第二薄膜为以下薄膜中的一种：锗薄膜、砷薄膜、过渡金属硫族化合物薄膜。

7、在本实用新型的一些实施例中，过渡金属硫族化合物薄膜为二硫化钼薄膜。

8、在本实用新型的一些实施例中，第二薄膜为锗薄膜，碲薄膜和锗薄膜形成二维范氏异质结。

9、在本实用新型的一些实施例中，第二薄膜的厚度介于1nm～200nm之间。

10、在本实用新型的一些实施例中，光控太赫兹波调制芯片中，碲薄膜的厚度介于1nm～200nm之间。

11、在本实用新型的一些实施例中，光控太赫兹波调制芯片中，绝缘衬底为：双抛石英衬底或蓝宝石衬底。

12、在本实用新型的一些实施例中，光泵浦源产生的泵浦激光的波长为800nm。

13、在本实用新型的一些实施例中，光控太赫兹波调制芯片由绝缘衬底和碲薄膜构成，其中，绝缘衬底为双抛石英衬底。

14、(三)有益效果

15、从上述技术方案可知，本实用新型相对于现有技术至少具有以下有益效果之一：

16、(1)由于碲材料具有独特的螺旋链结构，在室温下产生高载流子迁移率，还具备窄带隙、强光学响应、环境稳定性等优良性能，产生强的光吸收和超快的电荷载流子输运，能够产生强的光吸收和超快的电荷载流子输运。

17、本实用新型所提供的光控太赫兹波调制芯片，其在0.2-2.0thz的宽带太赫兹波段实现小功率的可激发阈值，并在高功率下得到高调制率的同时仍然保持超快特性，兼备了调制速度快和调制深度大两个优势。同时，相比于其他光控太赫兹波调制薄膜，例如mote2薄膜，碲薄膜制备成本低精度高，更适合于大规模工业生产。

18、进一步地，基于上述二维碲薄膜的光控太赫兹波调制系统能够实现宽带调制，调制深度大、灵敏度高、实用性好。

19、(2)为了进一步提升光控太赫兹波调制芯片的调制速率，本实用新型还提供了包括碲薄膜的二维范氏异质结调制芯片。异质结的光学性质与材料成分及其界面密切相关。在单元素2d材料中，锗作为间接带隙半导体也具有相当大的潜力，并且可以与碲形成ii型异质结构来提高器件性能。

20、实验证明，在10mw下，基于碲/锗范氏异质结和锗/碲范氏异质结的光控太赫兹波调制芯片的调制深度分别显著增强至55.4％和69.5％，这表明锗和碲之间存在较强的层间耦合，进一步提升了光控太赫兹波调制芯片的性能。进一步地，基于锗/碲范氏异质结的光控太赫兹波芯片实现了目前全二维材料中最大调制深度：在泵浦功率为100mw时调制深度为87.6％，调制速度为9ps。这意味着锗/碲的二维范氏异质结可以有效地提高调制深度而保持快速的调制速度，实现器件多参量同时优化。

技术特征：

1.一种基于二维碲薄膜的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，所述光控太赫兹波调制芯片还包括：

3.根据权利要求2所述的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，所述第二薄膜为以下薄膜中的一种：锗薄膜、砷薄膜、过渡金属硫族化合物薄膜。

4.根据权利要求3所述的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，所述第二薄膜为锗薄膜，所述碲薄膜和锗薄膜在界面处形成二维范氏异质结。

5.根据权利要求3所述的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，所述第二薄膜的厚度介于1nm～200nm之间。

6.根据权利要求1所述的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，所述光控太赫兹波调制芯片中，所述碲薄膜的厚度介于1nm～200nm之间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，所述光控太赫兹波调制芯片中，所述绝缘衬底为：双抛石英衬底或蓝宝石衬底。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的光控太赫兹波调制系统，其特征在于，

技术总结
本技术提供了一种基于二维碲薄膜的光控太赫兹波调制系统，包括：光控太赫兹波调制芯片，包括：绝缘衬底，其在光激发后不产生载流子且太赫兹波可透过；碲薄膜，形成于绝缘衬底上；光泵浦源，其泵浦激光出口对准光控太赫兹波调制芯片的薄膜侧；太赫兹波源和太赫兹波探测器，两者相对设置，其中，太赫兹波源位于光控太赫兹波调制芯片的薄膜侧；太赫兹波探测器位于光控太赫兹波调制芯片的衬底侧。并且，其中的碲薄膜进一步可以采用碲/锗二维范氏异质结薄膜。本技术光控太赫兹波调制系统能够实现宽带调制，调制深度大、灵敏度高、实用性好。

技术研发人员：张朴婧,陈金禹,施惠文,周庆莉,张存林
受保护的技术使用者：首都师范大学
技术研发日：20230113
技术公布日：2024/1/13