第35卷，第11期 2015年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 35,No. 11 -pp3046-3049
November, 2015
二氧化钒薄膜光致绝缘体-金属相变的太赫兹时域光谱研究王昌雷，武帅，栗岩锋，刘博文，胡明列”，柴路”，邢岐荣”，王清月 1，中国电子科技集团公司第三十八研究所微波光子学中心，安徽合肥230088
2，天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室，光电信息技术教育部重点实验室，天津300072
摘要二氧化钒薄膜在光的照射下，会从绝缘体相变为金属，伴随有电导率的剧变，该现象称之为光致绝体-金属相变。二氧化钒薄膜的这种相变对于太赫慈波段的调制器或者其他功能器件有重要应用。利用太赫慈时域光谱技术研究广二氧化钒薄膜光致绝缘体-金属相变前后的透射光谱变化，分析广该薄膜的这种光致相变在太赫兹波段的特性。实验中二氧化钒薄膜相变成金属的过程分别通过连续激光照射和飞秒激光照射实现。两种照射方式下，均观察到了明显的太赫兹波形变化，并且随着照射光功率的增大，信号的幅度衰减以及时域波形畸变逐渐加剧。进而通过对透射太赫兹时域信号的傅里叶变换光谱分析发现，在照射光功率增加时，不但该薄膜的透射光谱幅值在下降，而且其谱线形状也在随之改变，其原因为二氧化钒薄膜的色散特性在光照条件下逐渐趋向金属性所致。为清晰的描述光致相变的色散特点，用二氧化钒薄膜光照前后透射光谱的幅度差定义了透射率调制函数来描述上述现象。在透射率调制函数曲线上，能够明显的看出二氧化钒的这种光致相变在太赫兹波段具有强烈的频率相关性质，并且随照射光功率变化呈规律性演化。进一步对比发现，虽然连续光和飞秒激光照射方式都能引发光致相变，但在同样透射光谱情况下，对应的激发
光功率存在明显不同，对这两种照射方式下的相变效率差别进行了分析和讨论，关键词光致相变；太赫兹时域光谱；二氧化钒
文献标识码：A
中图分类号：TN29：
引言
DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2015)11-3046-04
50年来，绝大多数对于二氧化钒薄膜相变特性的光谱研究都集中在红外和可见光波段。太赫兹波段的二氧化钒相变的光谱特性还缺乏深细致的数据。得益于太赫兹时域光谱技
随着太赫兹技术的不断发展，太赫兹波在诸如通信，成像，无损探伤和生物分析等领域渐渐辨露头角1.2]。太赫兹波段的可控功能器件（滤波器，调制器，开关等)是太赫兹领域研究的热点。液晶、metamaterial以及超导等许多新型材料在太赫兹功能器件应用方面显示了诸多有趣而且实用的应用前景，二氧化钒薄膜材料就是其中之一。1959年，Morin 等发现了钒的氧化物（VO，VO2，V2O:，V。O等)在一定温度下，会发生由绝缴体相向金属相跌变，伴随者剧烈的电导率变化（可达10°量级)3。尤其是二氧化钒（VO：），除热致绝缘体-金属相变外，还有光致相变，电致相变等」。特别是氧化钒晶体及其薄膜的光致相变特性在快速光开关，微光防护和太赫兹调制器、开关等领域有着重要的应用(7-9]。近
收稿日期：2014-11-03，修订日期：2015-02-05
术的发展"，1，人类的光谱学认知已经拓展到了太赫兹波段，这也为二氧化钒薄膜相变光谱特性的研究提供了新的工具。
我们在文献中已经报道了利用太赫兹时域光谱系统分析硅基二氧化钒薄膜光致相变前后的光学参数和电学参数的变化并利用Drude模型拟合了相变后二氧化钒薄膜在太赫慈波段的电导率，并且利用二氧化钒薄膜的这种光控特性实现了对太赫兹的光调制3」。本工作将着重研究不同光照条件下（连续激光照射和脉冲照射），二氧化钒薄膜发生绝缘体-金属相变的太赫兹光谱特征：对于基于二氧化钥薄膜的太赫兹可控功能器件研究提供参考。
基金项目：国家国际科技合作专项项目（2011DFA12430），国防科工局技术基础科研项目（JSJC2013210C42），中国电子科技集团技术创新基
金项目（JJ120224），安微省重大科学仪器专项项目（1310115190），国家重点基确研筑计划项目（2014CB339800，2011CB808101， 2010CB327604），国家自然科学基金项目（61377047，61377041，61322502），长江学者和创新团队发展计划项目（IRT13033)资助
作者简介：王吕雷，1983年生，中国电子科技集团公司第三十八研究所高级工程师
e-mail : wangehangleig tju, edu, cn