基于太赫兹波的石墨烯光电调控特性研究

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太赫兹(THz)技术在近二十年的发展十分迅速,已成为当前的研究热点之一。然而,目前太赫兹器件大多对工作环境的要求较高,且造价过于昂贵,极大地限制了太赫兹技术在日常生活中的广泛应用。因此,研究新一代廉价、室温、高速的太赫兹器件成为太赫兹技术平民化进程的必由之路。石墨烯材料与太赫兹技术的结合则为研制新一代太赫兹器件提供了无限的可能与希望,石墨烯以其超高的载流子迁移率,可调能带隙等许多优良的电化学性质,极大地促进了太赫兹技术的发展。基于此,本文研究了石墨烯材料在光场和电场调控下对太赫兹信号的响应特性,以期为石墨烯材料在太赫兹领域的发展起到促进作用。  本文利用连续光激励石墨烯的方式改变石墨烯的载流子浓度和费米能级,探究其透过太赫兹信号的变化。通过实验发现,附着在高阻硅基上的石墨烯在光激励下可以明显地调制太赫兹信号,在1.3THz处的调制深度可达到90%以上;而附着在PET基上的石墨烯在光场激励下的太赫兹电导缓慢下降,太赫兹信号的透过率缓慢上升。通过光场改变太赫兹信号是一种便捷而直接的方式,这将在太赫兹源和调制器件中有广阔的应用空间。  此外,本文还研究了石墨烯在电场调控下的表现。实验尝试在石墨烯上引出电极,使其与硅基之间形成可受电压调控的电场。结果表明,当负向电压提高时,太赫兹信号的透过率随之提升,并且在 150V 时,得到了 10%平稳的调制深度。同时,本文还结合光场调控和电场调控,在石墨烯上获得了更好的太赫兹波调制效果。石墨烯随着电场的变化呈现出双向可调的特性:当正向电压增大时,透过石墨烯的太赫兹信号减弱了,而当负向电压增大时,其透过率随之上升了。在双向电压调控下,石墨烯在正向和负向都达到了20%左右的调制深度。  这些研究成果,在石墨烯太赫兹器件的发展中有重要的价值和意义。
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