搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于VO2薄膜相变原理的温控太赫兹超材料调制器

刘志强 常胜江 王晓雷 范飞 李伟

引用本文:
Citation:

基于VO2薄膜相变原理的温控太赫兹超材料调制器

刘志强, 常胜江, 王晓雷, 范飞, 李伟

Thermally controlled terahertz metamaterial modulator based on phase transition of VO2 thin film

Liu Zhi-Qiang, Chang Sheng-Jiang, Wang Xiao-Lei, Fan Fei, Li Wei
PDF
导出引用
  • 利用二氧化钒薄膜绝缘相–金属相的相变特性, 提出了一种基于超材料的温控太赫兹调制器, 研究了相变超材料在太赫兹波段的传输特性和温控可调谐特性. 当入射太赫兹波为水平偏振或垂直偏振状态时, 器件的透过率谱线在1 THz附近呈现出两个独立的、中心频率分别为1.3 THz和1.7 THz、 带宽分别为0.2 THz和0.35 THz的 透射宽带. 当温度从40℃至80℃变化时, 两宽带的透过率发生明显的降低, 在二氧化钒的相变温度(68℃)时尤其灵敏, 对入射光的二种偏振状态, 调制深度均达到60%以上, 实现了良好的调制效果.
    Utilizing insulator-metal phase transition of vanadium dioxide thin film, we propose a thermally controlled terahertz modulator based on metamaterial, and research the transmission characteristics and temperature tunable characteristics of phase transition in metamaterials in THz wave band. While the incident THz wave is of horizontal polarization or vertical polarization, two independent pass bands are generated near 1 THz. The center frequencies of the two pass bands are 1.3 THz and 1.7 THz, the bandwidths of them are 0.2 THz and 0.35 THz. In addition, when temperature rises from 40℃ to 80℃, the transmissions of the two pass bands drop apparently, especially at phase transition temperature of 68℃. For the two polarization states, the modulation depths achieve 60% or more, which is the great function of a modulator.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 61171027);国家高技术研究发展计划(批准号: 2011AA010205);天津市自然科学基金重点项目(批准号: 10JCZDJC15200)和教育部博士点基金(批准号: 20090031110033)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61171027), the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2011AA010205), the Natural Science Foundation of Tianjin, China (Grant No. 10JCZDJC15200), and the Doctoral Fund of Ministry of Education of China (Grant No. 20090031110033).
    [1]

    Fan F, Guo Z, Bai J J, Wang X H, Chang S J 2011 Acta Phys. Sin. 60 084219 (in Chinese) [范飞, 郭展, 白晋军, 王湘晖, 常胜江 2011 物理学报 60 084219]

    [2]

    Jansen C, Priebe S, Moller C 2011 IEEE Trans Terahertz Sci. Technol. 54 462

    [3]

    Liu H B, Plopper G, Earley S, Chen Y Q, Ferguson B, Zhang X C 2007 Biosens. Bioelectron 22 1075

    [4]

    Chan W L, Moravec M L, Baraniuk R G, Mittleman D M 2008 Opt. Lett. 33 974

    [5]

    Brucherseifer M, Nagel M, Bolivar P H, Kurz H 2000 Appl. Phy. Lett. 77 4049

    [6]

    Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184

    [7]

    Withayachumnankul W, Abbott D 2009 IEEE Photonics J. 1 99

    [8]

    Chen H T, O'Hara J F, Azad A K, Taylor A J, Averitt R D, Shrekenhamer D B, Padilla W J 2008 Nat Photonics 2 295

    [9]

    Padilla W J, Taylor A J, Highstrete C, Lee M, Averitt R D 2006 Phys. Rev. Lett. 96 107401

    [10]

    Sun D D, Chen Z, Wen Q Y, Qiu D H, Lai W E, Dong K, Zhao B H, Zhang H W 2013 Acta Phys. Sin. 62 017202 (in Chinese) [孙丹丹, 陈智, 文岐业, 邱东鸿, 赖伟恩, 董凯, 赵碧辉, 张怀武 2013 物理学报 62 017202]

    [11]

    Cavalieri A, Toth Cs, Siders C W, Squier J A Raksi F, Forget P, Kieffer J C 2001 Phys. Rev. Lett. 87 237401

    [12]

    Manning T D Parkin I P Pemble M E Sheel D, Vernardou D 2004 Chem. Mater. 16 744

    [13]

    Hu M, Wu M, Lv Y Q, Dou Y W, Cui M 2007 Surf. Coat Technol. 201 4858

    [14]

    Wen Q Y, Zhang H W, Yang Q H, Xie Y S, Chen K, Liu Y L 2010 Appl. Phys. Lett. 97 021111

    [15]

    Wen Q Y, Zhang H W, Yang Q H, Chen Z, Long Y, Jing Y L, Lin Y, Zhang P X 2012 J. Phys. D: Appl. Phys. 45 235106

    [16]

    Choi S B, Kyoung J S, Kim H S, Park H R, Park D J, Kim B J, Ahn Y H, Rotermund F, Kim H T, Ahn K J, Kim D S 2011 Appl. Phys. Lett. 98 071105

    [17]

    Michael F B, Bruee A B, Rodger M W, Thierry L, Patrick G, Alain B 1994 Appl. phys. Lett. 65 1507

    [18]

    Nyberg G A, Buhrman R A 1987 Thin Solid Films 147 111

    [19]

    Hendry E, Koeberg M, O'Regan B, Bonn M 2006 Nano Lett. 6 755

    [20]

    Fan F, Hou Y, Jiang Z W, Wang X H, Chang S J 2012 Appl. Opt. 51 4589

    [21]

    Choi H S, Ahn J S, Jung J H, Noh T W, Kim D H 1996 Phys. Rev. B 54 4621

    [22]

    Jepsen P U, Fischer B M, Thoman A, Helm H 2006 Phys Rev. B 74 205103

    [23]

    Walther M, Cooke D G, Sherstan C, Hajar M, Freeman M R, Hegmann F A 2007 Phys. Rev. B 76 125408

  • [1]

    Fan F, Guo Z, Bai J J, Wang X H, Chang S J 2011 Acta Phys. Sin. 60 084219 (in Chinese) [范飞, 郭展, 白晋军, 王湘晖, 常胜江 2011 物理学报 60 084219]

    [2]

    Jansen C, Priebe S, Moller C 2011 IEEE Trans Terahertz Sci. Technol. 54 462

    [3]

    Liu H B, Plopper G, Earley S, Chen Y Q, Ferguson B, Zhang X C 2007 Biosens. Bioelectron 22 1075

    [4]

    Chan W L, Moravec M L, Baraniuk R G, Mittleman D M 2008 Opt. Lett. 33 974

    [5]

    Brucherseifer M, Nagel M, Bolivar P H, Kurz H 2000 Appl. Phy. Lett. 77 4049

    [6]

    Smith D R, Padilla W J, Vier D C, Nemat-Nasser S C, Schultz S 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4184

    [7]

    Withayachumnankul W, Abbott D 2009 IEEE Photonics J. 1 99

    [8]

    Chen H T, O'Hara J F, Azad A K, Taylor A J, Averitt R D, Shrekenhamer D B, Padilla W J 2008 Nat Photonics 2 295

    [9]

    Padilla W J, Taylor A J, Highstrete C, Lee M, Averitt R D 2006 Phys. Rev. Lett. 96 107401

    [10]

    Sun D D, Chen Z, Wen Q Y, Qiu D H, Lai W E, Dong K, Zhao B H, Zhang H W 2013 Acta Phys. Sin. 62 017202 (in Chinese) [孙丹丹, 陈智, 文岐业, 邱东鸿, 赖伟恩, 董凯, 赵碧辉, 张怀武 2013 物理学报 62 017202]

    [11]

    Cavalieri A, Toth Cs, Siders C W, Squier J A Raksi F, Forget P, Kieffer J C 2001 Phys. Rev. Lett. 87 237401

    [12]

    Manning T D Parkin I P Pemble M E Sheel D, Vernardou D 2004 Chem. Mater. 16 744

    [13]

    Hu M, Wu M, Lv Y Q, Dou Y W, Cui M 2007 Surf. Coat Technol. 201 4858

    [14]

    Wen Q Y, Zhang H W, Yang Q H, Xie Y S, Chen K, Liu Y L 2010 Appl. Phys. Lett. 97 021111

    [15]

    Wen Q Y, Zhang H W, Yang Q H, Chen Z, Long Y, Jing Y L, Lin Y, Zhang P X 2012 J. Phys. D: Appl. Phys. 45 235106

    [16]

    Choi S B, Kyoung J S, Kim H S, Park H R, Park D J, Kim B J, Ahn Y H, Rotermund F, Kim H T, Ahn K J, Kim D S 2011 Appl. Phys. Lett. 98 071105

    [17]

    Michael F B, Bruee A B, Rodger M W, Thierry L, Patrick G, Alain B 1994 Appl. phys. Lett. 65 1507

    [18]

    Nyberg G A, Buhrman R A 1987 Thin Solid Films 147 111

    [19]

    Hendry E, Koeberg M, O'Regan B, Bonn M 2006 Nano Lett. 6 755

    [20]

    Fan F, Hou Y, Jiang Z W, Wang X H, Chang S J 2012 Appl. Opt. 51 4589

    [21]

    Choi H S, Ahn J S, Jung J H, Noh T W, Kim D H 1996 Phys. Rev. B 54 4621

    [22]

    Jepsen P U, Fischer B M, Thoman A, Helm H 2006 Phys Rev. B 74 205103

    [23]

    Walther M, Cooke D G, Sherstan C, Hajar M, Freeman M R, Hegmann F A 2007 Phys. Rev. B 76 125408

  • [1] 田城, 蓝剑雄, 王苍龙, 翟鹏飞, 刘杰. BaF 2高压相变行为的第一性原理研究. 物理学报, 2022, 71(1): 017102. doi: 10.7498/aps.71.20211163
    [2] 宋睿睿, 邓钦玲, 周绍林. 基于相变与悬链线连续相位调控的超构光子开关. 物理学报, 2022, 71(2): 029101. doi: 10.7498/aps.71.20211538
    [3] 冯妍卉, 冯黛丽, 褚福强, 邱琳, 孙方远, 林林, 张欣欣. 纳米组装相变储热材料的热设计前沿. 物理学报, 2022, 71(1): 016501. doi: 10.7498/aps.71.20211776
    [4] 孙占硕, 王鑫, 王俊林, 樊勃, 张宇, 冯瑶. 基于类电磁诱导透明的双频段太赫兹超材料的传感和慢光特性. 物理学报, 2022, 71(13): 138101. doi: 10.7498/aps.71.20212163
    [5] 姚海云, 闫昕, 梁兰菊, 杨茂生, 杨其利, 吕凯凯, 姚建铨. 图案化石墨烯/氮化镓复合超表面对太赫兹波在狄拉克点的动态多维调制. 物理学报, 2022, 71(6): 068101. doi: 10.7498/aps.71.20211845
    [6] 王伟, 揭泉林. 基于机器学习J1-J2反铁磁海森伯自旋链相变点的识别方法. 物理学报, 2021, 70(23): 230701. doi: 10.7498/aps.70.20210711
    [7] 赵中华, 渠广昊, 姚佳池, 闵道敏, 翟鹏飞, 刘杰, 李盛涛. 热峰作用下单斜ZrO2相变过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(13): 136101. doi: 10.7498/aps.70.20201861
    [8] 田城, 蓝剑雄, 王苍龙, 翟鹏飞, 刘杰. BaF2高压相变行为的第一性原理研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211163
    [9] 杨培棣, 欧阳琛, 洪天舒, 张伟豪, 苗俊刚, 吴晓君. 利用连续激光抽运-太赫兹探测技术研究单晶和多晶二氧化钒纳米薄膜的相变. 物理学报, 2020, 69(20): 204205. doi: 10.7498/aps.69.20201188
    [10] 徐婷婷, 李毅, 陈培祖, 蒋蔚, 伍征义, 刘志敏, 张娇, 方宝英, 王晓华, 肖寒. 基于AZO/VO2/AZO结构的电压诱导相变红外光调制器. 物理学报, 2016, 65(24): 248102. doi: 10.7498/aps.65.248102
    [11] 孙景阳, 王东明, 吕业刚, 王苗, 汪伊曼, 沈祥, 王国祥, 戴世勋. 应用于相变存储器的Cu-Ge3Sb2Te5薄膜的结构及相变特性研究. 物理学报, 2015, 64(1): 016103. doi: 10.7498/aps.64.016103
    [12] 田伟, 文岐业, 陈智, 杨青慧, 荆玉兰, 张怀武. 硅基全光宽带太赫兹幅度调制器的研究. 物理学报, 2015, 64(2): 028401. doi: 10.7498/aps.64.028401
    [13] 曲艳东, 孔祥清, 李晓杰, 闫鸿浩. 热处理对爆轰合成的纳米TiO2混晶的结构相变的影响. 物理学报, 2014, 63(3): 037301. doi: 10.7498/aps.63.037301
    [14] 汪昌州, 朱伟玲, 翟继卫, 赖天树. Ga30Sb70/Sb80Te20纳米复合多层薄膜的相变特性研究. 物理学报, 2013, 62(3): 036402. doi: 10.7498/aps.62.036402
    [15] 李亚明, 刘智, 薛春来, 李传波, 成步文, 王启明. 基于Franz-Keldysh效应的倏逝波锗硅电吸收调制器设计. 物理学报, 2013, 62(11): 114208. doi: 10.7498/aps.62.114208
    [16] 吕业刚, 梁晓琳, 龚跃球, 郑学军, 刘志壮. 外加电场对铁电薄膜相变的影响. 物理学报, 2010, 59(11): 8167-8171. doi: 10.7498/aps.59.8167
    [17] 陈贺胜. 带有2+1味道Wilson费米子的格点量子色动力学在有限温度、有限密度下的相变. 物理学报, 2009, 58(10): 6791-6797. doi: 10.7498/aps.58.6791
    [18] 李永华, 刘常升, 孟繁玲, 王煜明, 郑伟涛. NiTi合金薄膜厚度对相变温度影响的X射线光电子能谱分析. 物理学报, 2009, 58(4): 2742-2745. doi: 10.7498/aps.58.2742
    [19] 张可言. 金属材料在中强度激光辐照下的相变速度研究. 物理学报, 2004, 53(6): 1815-1819. doi: 10.7498/aps.53.1815
    [20] 李金华, 袁宁一, 陈王丽华, 林成鲁. 用离子束增强沉积从V2O5粉末制备高热电阻温度系数VO_2薄膜. 物理学报, 2002, 51(8): 1788-1792. doi: 10.7498/aps.51.1788
计量
  • 文章访问数:  6648
  • PDF下载量:  1338
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-02-09
  • 修回日期:  2013-03-06
  • 刊出日期:  2013-07-05

/

返回文章
返回