物理与光电工程学院关贺元、卢惠辉教授团队在太赫兹光纤调制器件取得进展

近日，我校关贺元、卢惠辉教授科研团队在在光学核心期刊《激光与光电子学进展》（IF=1.841）上发表了题为“新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤调制器”的研究成果，被编辑选为封面文章（图1），暨南大学为第一通讯单位。

关贺元、卢惠辉教授团队揭示了新型光控侧边抛磨太赫兹光纤调制器的工作原理。侧边抛磨光纤有效增强了太赫兹波倏逝场与砷化镓相互作用，在外置 808 nm激光器照射下实现对输出太赫兹波幅度的调制，调制深度达到 97.4%。同时，该器件体积小、集成度高，具有广泛应用潜力。

图1.《激光与光电子学进展》封面

太赫兹的范围被定义为电磁频谱的一部分，通常是指从0.1 THz到10 THz的频率范围，这个光谱区域与电子学和光子学之间的长度相重合，是从电子学向光子学过渡的领域。太赫兹波幅度调制是指使用调制信号来控制一个或多个参数（幅度、相位等）的过程。近些年来，已经有科研团队通过不同材料与微纳结构来制备太赫兹调制器，但是目前太赫兹调制器常常受到调制深度的限制。尽管已经提出了多种调制方案，但多数无法实现较大的调制深度，限制了太赫兹信号的强度调节范围。

研究人员设计并制备了一种新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤调制器，将砷化镓转移到太赫兹光纤抛磨区，增强太赫兹波倏逝场与砷化镓相互作用。根据砷化镓材料的光调谐特性，808 nm激光照射下，不同的激光功率作用下砷化镓材料的载流子浓度和迁移率会发生变化，进而影响电导率的改变。因此，在仿真中可以直接设置不同的电导率来模拟不同功率泵浦光的作用。本研究以每层小气孔为间隔，采用有限元分析方法仿真了将光纤侧抛三层小空气孔并在侧抛面转移厚度350 μm的N型砷化镓的结构。

在本研究中对制备的侧边抛磨太赫兹光纤调制器进行调制深度性能测试，测试采用太赫兹时域光谱仪技术，光路为透射式，使用的太赫兹时域光谱仪型号为QT-TS1000。

图 1 侧抛剩余厚度为1.80 mm的GaAs/SPTF测试结果。（a）不同激光功率下时域谱；（b）不同激光功率下频域谱；（c）不同激光功率下调制深度谱；（d）在0.61 THz处调制深度与激光功率对应关系，圆形表示测试数据点，直线表示数据的线性拟合

在外置808 nm激光器的作用下，实验结果如图 1所示。从图 1（a）和（b）中可以看出，随着外置808 nm激光器的功率增强，时域谱和频域谱的强度出现明显下降，波峰位置也发生左移。在808 nm泵浦光的作用下，光子能量与砷化镓的带隙能量相匹配，吸收一定能量的光子后有效的激发电子从价带跃迁到导带从而形成自由载流子，然后这些载流子会以扩散形式传递。随着激光功率的不断增加，当光掺杂浓度越高的时候，载流子数量越多，导致透射就越低。通过计算得到调制深度谱图 1（c），当外置激光功率为488 mW时，在0.61 THz处调制深度达到97.4%，带宽为0.08 THz，拟合出的调制深度随激光功率的变化相关系数R2为0.96，从而实现高调制深度的太赫兹调制器。

这些研究工作得到了国家自然科学基金、国家重大专项、广东省科协青年科技人才计划、广东省自然科学杰出青年基金、广东省国际合作项目、广州市科技计划项目和暨南大学等大力支持。

文章链接：徐成, 韩鑫洋, 骆震阳, 杨铁锋, 孔德鹏, 陈立均, 吴岱, 李鹏, 徐利民, 吴衡, 卢惠辉, 陈哲, 关贺元. 新型光控砷化镓/侧边抛磨太赫兹光纤调制器[J]. 激光与光电子学进展, 2023, 60(18): 1811003.

图文 ：骆震阳