摘要
近红外光驱动的太赫兹调制器是太赫兹/红外光纤混合通信系统中的重要组成部分。这里提出了一种基于银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）近红外驱动的太赫兹调制器。实验结果表明，银纳米颗粒（Ag NPs）与碳量子点（CDs）的结合会引起纳米颗粒的量子尺寸效应和介电限域效应，利用Ag NPs/CDs可以增强硅基底对近红外光的吸收，从而实现近红外驱动的太赫兹波调制。通过808 nm的近红外调制激励源，对样品进行了0.22~0.33 THz范围内的太赫兹透射特性的表征，与参考硅基片相比，Ag NPs/CDs近红外太赫兹调制器的调制深度可以达到83%左右，显著高于参考硅基片的调制深度（~54%），实现了大调制深度的太赫兹波调制。本研究工作在太赫兹/红外光纤混合通信系统中拥有重要的应用价值。
近年来，位于微波和红外辐射之间的太赫兹波，因其独特的穿透性、安全性、高频率等性质，在成像、国防安全、生物样品检测和无线通信等领域得到了广泛的应
为了增强硅基底的光吸收，提高太赫兹调制器的性能，对新材料、新方法提出了更高要求，纳米材料因为其独特的尺寸效应成为了提高硅基底光吸收的理想材
碳量子点（CDs）的介电常数与金属纳米颗粒有较大差别，这使得CDs具有优异的光电性能，在生物成像、生物传感
实验选取3 mg水溶性的碳量子点（CDs），溶解于1 ml去离子水中；将CDs溶液在室温下搅拌约15 min，得到CDs溶液。1 mg硝酸银（AgNO3）溶于1 ml去离子水中；将AgNO3溶液加入CDs溶液中，室温下搅拌15 min，在254 nm紫外光照射15 min下制备成银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）共混溶液。超声清洗硅片，并用氮气将硅片吹干，置于热台上。然后取适量合成所得的Ag NPs/CDs溶液，滴涂于硅片的中心区域，55 ℃加热至溶剂蒸发，制备得到Ag NPs/CDs近红外驱动的太赫兹调制器。
太赫兹波的调制实验采用了矢量网络分析仪（VNA）（Keysight Technologies， Inc.， Santa Rosa， CA， USA）和两台毫米波扩频模块（Virginia Diodes， Inc. Charlottesville， VA， USA），使用808 nm波长的近红外激光器作为外部激励源。将参考硅基片和银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）近红外驱动的太赫兹调制器分别置于样品夹上，然后调控激光器功率，采集不同功率下该器件的太赫兹辐射调制性能数据。
为了探究Ag NPs/CDs的结构特性，对紫外光照下合成的Ag NPs/CDs进行了透射电子显微镜（TEM）表征。
图1 （a）紫外光照下合成Ag NPs/CDs的三维模型，（b）Ag NPs纳米颗粒对应的粒径分布图，（c）Ag NPs/CDs的TEM图，（d）CDs纳米颗粒对应的粒径分布图
Fig. 1 （a） Three-dimensional model for the synthesis of Ag NPs/CDs under UV illumination， （b） particle size distribution map corresponding to Ag NPs nanoparticles， （c） TEM map of Ag NPs/CDs， （d） particle size distribution map corresponding to CDs nanoparticles
为了更好地展示Ag NPs/CDs在近红外波段的光吸收现象，我们使用紫外可见分光光度计（UV-Vis）对CDs溶液、Ag NPs溶液和Ag NPs/CDs溶液的吸收光谱范围进行了对比测试，结果如
图2 （a）Ag NPs/CDs与CDs和Ag NPs的UV-Vis吸收光谱对比图，（b）CDs（左）和Ag NPs/CDs（右）的相应溶液图片，（c）Ag NPs/CDs调制器结构模型图，（d）808 nm近红外光照射下，Ag NPs/CDs调制器的电场分布
Fig. 2 （a） UV-Vis absorption spectra of Ag NPs/CDs compared with CDs and Ag NPs， （b） corresponding solutions of CDs （left） and Ag NPs/CDs （right）， （c） structure model of Ag NPs/CDs modulator， （d） electric field distribution of Ag NPs/CDs modulator under near infrared irradiation at 808 nm
此外，为了更好地说明Ag NPs/CDs结构对硅基底光吸收的影响，使用有限元时域差分法（FDTD）对银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）近红外驱动的太赫兹调制器进行了模拟。
通过对银纳米颗粒/碳量子点的吸收光谱以及表面电场分布的分析，我们把Ag NPs/CDs近红外吸收增强归因于量子尺寸效应和介电限域效应。首先，通过
为了更好地展示Ag NPs/CDs近红外驱动的太赫兹调制器的调制效果，对Ag NPs/CDs近红外驱动的太赫兹调制器在0.22~0.33 THz波段进行了太赫兹传输特性测试。
图3 （a）808 nm激光调制Ag NPs/CDs调制器的太赫兹实验示意图，在不同功率的激光辐射调制下，太赫兹波透过（b）参考硅片和（c）Ag NPs/CDs调制器的归一化太赫兹波透过率
Fig. 3 （a） The schematic diagram of terahertz experiments with 808 nm laser modulation of Ag NPs/CDs modulator， terahertz wave transmission under laser radiation modulation with different powers， （b） reference silicon wafer and （c） normalized terahertz wave transmission of Ag NPs/CDs modulator
参考硅基片与Ag NPs/CDs调制器在0.22~0.33 THz波段的太赫兹波传输特性如
为了更直观地显示随着激光功率增加Ag NPs/CDs调制器的太赫兹波衰减情况，利用 对测得的太赫兹波透射率进行归一化处理。其中，和分别是激光照射时（功率为p）和无激光照射时，Ag NPs/CDs调制器的太赫兹波透射率。
图4 通过参考硅片和Ag NPs/CDs调制器的太赫兹脉冲在不同功率激光照射下的（a）归一化透射率和（b）调制深度
Fig. 4 （a） Normalized transmittance and （b） modulation depth of terahertz pulses through a reference silicon substrate and Ag NPs/CDs modulator under different power laser irradiations
本文展示了基于银纳米颗粒/碳量子点（Ag NPs/CDs）近红外驱动的太赫兹调制器，利用Ag NPs/CDs结构在硅基底表面制备了Ag NPs/CDs近红外驱动的太赫兹调制器，并对Ag NPs/CDs结构和调制器进行了表征和光控太赫兹波透射特性的实验。结果表明，由于CDs和Ag NPs结合后所具有的量子尺寸效应和介电限域效应，使得Ag NPs/CDs结构可以在近红外波段展现出较好的光吸收特性。在808 nm近红外光的调控下，对Ag NPs/CDs近红外驱动的太赫兹调制器进行了太赫兹传输特性的测试，结果表明，在0.22~0.33 THz的范围内，Ag NPs/CDs近红外驱动的太赫兹调制器的调制深度可达83%，证明了Ag NPs/CDs太赫兹调制器在近红外波段优异的调制性能，在太赫兹/红外光纤混合通信系统中具有重要应用价值。
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