與太赫茲電磁頻譜的其它頻段相比，位于紅外和微波之間的頻段似乎被忽略了。據(jù)麥姆斯咨詢報道，香港中文大學和華威大學（The University of Warwick）的一個研究小組最近發(fā)表研究成果，表明實現(xiàn)太赫茲光束的寬帶寬、大幅度且快速的調制是可能的，甚至只需非常簡單的器件就能實現(xiàn)。

調制器結構及其與太赫茲光相互作用的圖解為了設計出工作在太赫茲頻段的相機和光譜儀，研究人員花費了不少努力。目前已經(jīng)被證明其在機場安全掃描儀和舊畫底層識別應用是有用的。這些設備的重要組成部分則是調制器，它控制太赫茲光束的振幅或相位。調制器必須快速運作，且功耗低，在較大的頻率范圍內給出一致的調制，最大限度地改變太赫茲光束的強度或相位。迄今為止，供選擇的方法包括超材料、半導體和液晶器件，但都無法滿足所有需求。

Brewster先生來了

1815年，David Brewster發(fā)表了一篇論文，描述了實現(xiàn)透明物體零反射所需的入射角。兩百多年后，香港中文大學許建斌和華威大學Emma Pickwell-MacPherson領導的科學家小組應用這些知識以及最新技術，創(chuàng)造了破紀錄的太赫茲調制器。Pickwell-MacPherson評論道，“我們的第一步是證明通過采用全內反射（TIR）幾何結構而非透射幾何結構獲得用更低的導電率變化，從而實現(xiàn)寬帶太赫茲調制。利用最新的布魯斯特角，這已經(jīng)成為實現(xiàn)幾種新器件設計的方法。

”該器件通過在石英襯底上進行石墨烯、氧化鋁（Al2O3）和氧化鈦（TiOx）單層堆疊實現(xiàn)。一束p偏振太赫茲光束從堆棧中反射出來，當達到布魯斯特角時，反射變?yōu)榱恪Ｌ砑右粚邮┰试S了可調元素的引入。當在兩個金接觸點之間的石墨烯上施加電壓時，電導率會發(fā)生變化。這改變了堆疊的布魯斯特角，因此對于給定的入射角，反射的太赫茲可以通過控制電壓而“接通或斷開”。

選擇運作模式

將p偏振太赫茲光束以65°的角度照射到器件上，施加在石墨烯的電壓從-12V變?yōu)?14V，可以在0.5~1.6 THz的頻率范圍內實現(xiàn)對太赫茲振幅99.3%~99.9%的調節(jié)。振幅調節(jié)范圍受到實驗條件的限制，理論上可以實現(xiàn)更大的帶寬。但這并不是唯一的選擇。研究人員利用在大于布魯斯特角時反射光束發(fā)生180°相變這一事實。當電壓從-12V變?yōu)?16V時，以68°角入射的太赫茲光束在相同的頻率范圍內將發(fā)生不小于140°的相變。在這個電壓范圍內，布魯斯特角在72°和64°之間變化。

對1kHz方波電信號調制太赫茲時域波形（紅色）和調制深度響應（藍色）對速度的要求調制的上升時間約為1ms，因此很容易實現(xiàn)1kHz的調制頻率。不過，如果可以犧牲調制深度，也可以達到高達10kHz的頻率。雖然其他固態(tài)太赫茲調制器工作在大約2.4MHz的較高頻率段，也可以進一些小調整提高該器件的調制頻率。目前受限于金接觸層之間的電阻和電容，通過將尺寸減小到1mm左右，并用石墨烯代替TiOx，調制速度與其他器件相當。香港中文大學材料科技研究中心主任許建斌解釋說，“這個裝置的另一個好處是可以被改造成現(xiàn)有的商用太赫茲光譜儀。”石墨烯控制的布魯斯特角太赫茲調制器將真正帶我們進入太赫茲技術進入現(xiàn)實應用的未來。