Aktiv intelligent terahertz elektrooptisk modulator er utviklet med suksess

I fjor utviklet teamet til Sheng Zhigao, en forsker ved High Magnetic Field Center ved Hefei Institute of Physical Sciences, det kinesiske vitenskapsakademiet, en aktiv og intelligent terahertz-elektrooptisk modulator som er basert på en eksperimentell enhet med steady-state høyt magnetfelt. Forskningen er publisert i ACS Applied Materials & Interfaces.

Selv om terahertz-teknologi har overlegne spektrale egenskaper og brede anvendelsesmuligheter, er dens tekniske anvendelse fortsatt sterkt begrenset av utviklingen av terahertz-materialer og terahertz-komponenter. Blant disse er aktiv og intelligent kontroll av terahertz-bølger via eksterne felt en viktig forskningsretning på dette feltet.

Med sikte på den banebrytende forskningsretningen for terahertz-kjernekomponenter, har forskerteamet oppfunnet en terahertz-stressmodulator basert på det todimensjonale materialet grafen [Adv. Optical Mater. 6, 1700877(2018)], en terahertz bredbåndsfotokontrollert modulator basert på det sterkt assosierte oksidet [ACS Appl. Mater. Inter. 12, After 48811(2020)] og en fononbasert ny enfrekvens magnetisk kontrollert terahertz-kilde [Advanced Science 9, 2103229(2021)]. Den assosierte elektronoksid-vanadiumdioksidfilmen er valgt som funksjonelt lag, og det er tatt i bruk flerlagsstrukturdesign og elektronisk kontrollmetode. Multifunksjonell aktiv modulering av terahertz-transmisjon, refleksjon og absorpsjon oppnås (figur a). Resultatene viser at i tillegg til transmittans og absorpsjonsevne, kan reflektiviteten og refleksjonsfasen også aktivt reguleres av det elektriske feltet, der refleksjonsmodulasjonsdybden kan nå 99,9 % og refleksjonsfasen kan nå ~180° modulering (figur b). Enda interessant er det at forskerne designet en enhet med en ny «terahertz – elektrisk-terahertz»-tilbakekoblingssløyfe for å oppnå intelligent terahertz-kontroll (figur c). Uavhengig av endringer i startforholdene og det ytre miljøet, kan den smarte enheten automatisk nå den innstilte (forventede) terahertz-modulasjonsverdien på omtrent 30 sekunder.

(a) Skjematisk diagram av enelektrooptisk modulatorbasert på VO2

(b) endringer i transmittans, reflektivitet, absorpsjonsevne og refleksjonsfase med påtrykt strøm

(c) skjematisk diagram av intelligent kontroll

Utviklingen av en aktiv og intelligent terahertzelektrooptisk modulatorbasert på tilhørende elektronisk materiale gir en ny idé for realisering av intelligent styring via terahertz. Dette arbeidet ble støttet av National Key Research and Development Program, National Natural Science Foundation og High Magnetic Field Laboratory Direction Fund i Anhui-provinsen.