[发明专利]基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关

说明书

本发明公开了一种基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关。它包括硅基底层、二氧化硅膜层和钠掺杂氧化锌纳米簇层。硅基底层位于最底层，二氧化硅膜层位于中间层，顶层则为钠掺杂氧化锌纳米簇层，太赫兹信号在钠掺杂氧化锌纳米簇层正上方从几何中心处垂直输入，依次经过二氧化硅膜层和硅基底层后垂直输出，紫外光在钠掺杂氧化锌纳米簇层上方输入，通过改变紫外光的强度来控制太赫兹波的透过率，进而实现太赫兹波开关的功能，本发明具有控制原理简单，控制效果良好，结构简单，材料新颖等优点。

技术领域

本发明涉及太赫兹波开关，尤其涉及一种基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关。

背景技术

太赫兹技术是二十世纪80年代末发展起来的一种新技术。太赫兹波独特的频率范围（位于微波频段和光频段之间）覆盖了多数大分子物质的分子振动和转动光谱，因此多数大分子物质在太赫兹频段无论其吸收谱、反射谱还是发射谱都具有明显的指纹谱特性，这一点是微波所不具备的。太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质，如：瞬态性、低能性等，这些特点决定了太赫兹技术在工业应用领域、医学领域、通信领域以及生物等领域中有相当重要的应用前景。因此太赫兹技术以及太赫兹器件的研究逐渐成为世界范围内广泛研究的热点。

太赫兹系统主要由辐射源、探测器件和各种功能器件组成。然而现有的太赫兹波开关大都存在着结构复杂、成本高、控制效率低等诸多缺点。所以迫切需要提出控制原理简单，控制效果良好，结构简单，材料新颖的太赫兹波开关来促进太赫兹技术的发展。

发明内容

本发明提供一种基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关，技术方案如下：

基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关包括硅基底层、二氧化硅膜层和钠掺杂氧化锌纳米簇层，硅基底层位于最底层，二氧化硅膜层位于中间层，顶层则为钠掺杂氧化锌纳米簇层，太赫兹信号在钠掺杂氧化锌纳米簇层正上方从几何中心处垂直输入，依次经过二氧化硅膜层和硅基底层后垂直输出，紫外光在钠掺杂氧化锌纳米簇层上方输入，通过改变紫外光的强度来控制太赫兹波的透过率，进而实现太赫兹波开关的功能。

上述方案可采用如下优选方式：

所述的硅基底层形状为正方形，边长为1.5cm~2cm，厚度为300μm~500μm；二氧化硅膜层形状为正方形，边长为1.5cm~2cm，厚度为50nm~100nm；钠掺杂的氧化锌纳米簇厚度为150nm~200nm。

本发明具有控制原理简单，控制效果良好，结构简单，材料新颖等优点。

附图说明

图1是基于钠掺杂氧化锌纳米簇太赫兹开关三维示意图；

图2是实施例1基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关的性能曲线图。

具体实施方式

如图1所示，基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关包括硅基底层、二氧化硅膜层和钠掺杂氧化锌纳米簇层。硅基底层位于最底层，二氧化硅膜层位于中间层，顶层则为钠掺杂氧化锌纳米簇层，太赫兹信号在钠掺杂氧化锌纳米簇层正上方从几何中心处垂直输入，依次经过二氧化硅膜层和硅基底层后垂直输出，紫外光在钠掺杂氧化锌纳米簇层上方输入，通过改变紫外光的强度来控制太赫兹波的透过率，进而实现太赫兹波开关的功能。

所述的硅基底层形状为正方形，边长为1.5cm~2cm，厚度为300μm~500μm；二氧化硅膜层形状为正方形，边长为1.5cm~2cm，厚度为50nm~100nm；钠掺杂的氧化锌纳米簇厚度为150nm~200nm。

实施例1

基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关：

如图1所示，本实施例中，基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关的结构和各部件形状如上所述，因此不再赘述。但各部件的具体参数如下：开关的硅基底层形状为正方形，边长为2cm，厚度为500μm；二氧化硅膜层形状为正方形，边长为2cm，厚度为100nm；钠掺杂的氧化锌纳米簇厚度为200nm。基于钠掺杂氧化锌纳米簇的太赫兹波开关的各项性能指标采用COMSOL Multiphysics软件进行测试，太赫兹信号在钠掺杂氧化锌纳米簇层正上方从几何中心处垂直输入，依次经过二氧化硅膜层和硅基底层后垂直输出，紫外光在钠掺杂氧化锌纳米簇层上方输入。图2为太赫兹波开关的传输曲线，可以看到，在频率f=1THz处，当外加紫外光强度为1mW时，太赫兹波的传输效率为93.5%；当外加紫外光强度为3mW时，太赫兹波的传输效率为51.2%；当外加紫外光强度为5mW时，太赫兹波的传输效率为9.2%。太赫兹波开关定义如下：当外加紫外光强度为1mW时，太赫兹波传输效率为93.5%时，此时为太赫兹波开关“开”状态；当外加紫外光强度为5mW时，太赫兹波传输效率为9.2%时，此时为太赫兹波开关“关”状态。通过改变外加紫外光强度在1mW和5mW之间切换，利用所提出结构就可以实现太赫兹波开关功能。