一種復(fù)合式光電導(dǎo)天線及太赫茲波輻射源制造技術(shù)

一種復(fù)合式光電導(dǎo)天線及太赫茲波輻射源，其特征在于：由光電導(dǎo)體、偶極天線和鉗制電極組成，所述偶極天線位于所述光電導(dǎo)體的上表面，呈橫向結(jié)構(gòu)，所述鉗制電極位于所述光電導(dǎo)體的下表面且與所述偶極天線形成縱向結(jié)構(gòu)，在所述光電導(dǎo)體上形成兩個(gè)光照區(qū)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合式光電導(dǎo)天線不僅具有縱向結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)擊穿電壓高、通流能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，還具有橫向結(jié)構(gòu)天線制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也提高了光電導(dǎo)天線的使用壽命。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)太赫茲波輻射源采用橋式電路為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合式光電導(dǎo)天線充電，且兩縱向開(kāi)關(guān)同步觸發(fā)，減少了電路自身對(duì)能量的消耗，達(dá)到最大效率的輻射太赫茲波。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于超高速電子學(xué)領(lǐng)域、超快光學(xué)領(lǐng)域及脈沖功率領(lǐng)域的交叉學(xué)科，涉及一種復(fù)合式光電導(dǎo)天線及基于該復(fù)合式光電導(dǎo)天線的太赫茲波輻射源。
技術(shù)介紹
太赫茲波(THz)泛指波長(zhǎng)介于紅外和微波之間(30 μ m-3mm)的電磁波。相比其他波段，太赫茲電磁波具有其獨(dú)特的瞬態(tài)性、寬帶性、相干性和低能性等特點(diǎn)，使其在物體成像、醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)、射電天文、寬帶移動(dòng)通訊、衛(wèi)星通訊和軍用雷達(dá)等領(lǐng)域具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。THz波位于傳統(tǒng)的電子學(xué)與光學(xué)的交界處，這就意味著電子學(xué)方法、光學(xué)方法，或者是二者相結(jié)合的方法都可以運(yùn)用到THz波的產(chǎn)生和探測(cè)中。例如，倍增電路太赫茲輻射 源、半導(dǎo)體表面輻射太赫茲、光電導(dǎo)天線輻射太赫茲、光整流效應(yīng)產(chǎn)生太赫茲、太赫茲自由電子激光器、量子級(jí)聯(lián)激光器等。其中，用光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)組成的微波源是一種超寬帶微波源，它是將光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)作為輻射天線，利用飛秒激光觸發(fā)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)產(chǎn)生上升沿為亞納秒或皮秒量級(jí)的電脈沖，從而輻射太赫茲波。由于光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)可以直接把直流電源存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)換成射頻電能輸出，無(wú)需電子束做媒質(zhì)，因此，它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可集成、重量輕、造價(jià)相對(duì)低廉等特點(diǎn)。另外，由于光電導(dǎo)天線輻射產(chǎn)生THz電磁波能量較高。用光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)作為天線產(chǎn)生太赫茲波成為目前產(chǎn)生太赫茲電磁波的常用方法之一。現(xiàn)有光電導(dǎo)天線，其THz電磁波輻射的能量主要是來(lái)源于以偏置靜電場(chǎng)的形式儲(chǔ)存的能量。在天線材料和激光光強(qiáng)一定的情況下，光電導(dǎo)天線兩端的偏置電壓越高，其輻射THz電磁波的強(qiáng)度就越高。常用的光電導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)如偶極子天線、對(duì)數(shù)螺旋天線、大孔徑光電導(dǎo)天線等都是采用橫向開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，參見(jiàn)附圖I。該結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)電極位于光電導(dǎo)體同偵牝使得晶體表面暴露在全電場(chǎng)中，兩種材料交接面的擊穿強(qiáng)度顯著低于體擊穿強(qiáng)度，所以通常容易發(fā)生表面閃絡(luò)現(xiàn)象，影響開(kāi)關(guān)的耐壓強(qiáng)度。對(duì)于本征擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度為250kV/cm的GaAs光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，在無(wú)絕緣保護(hù)且激光觸發(fā)的條件下，其沿面閃絡(luò)電壓甚至低于lOkV/cm，這極大的限制了光電導(dǎo)天線的太赫茲輻射性能及其壽命。為了提高光電導(dǎo)天線的耐壓性能，人們往往采用增大電極間隙的方法、應(yīng)用縱向結(jié)構(gòu)或異面電極結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)，參見(jiàn)附圖2和圖3，或者對(duì)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)使用絕緣保護(hù)。然而，這些方法雖然在一定程度上能提高開(kāi)關(guān)的耐壓性，但是都存在一定的局限性，如由于光電導(dǎo)天線輻射太赫茲場(chǎng)峰值與電極間隙尺寸之間存在倒數(shù)平方的關(guān)系，因此，盲目的增大電極間隙反而會(huì)降低天線的太赫茲輻射功率；縱向結(jié)構(gòu)和異面電極結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)開(kāi)關(guān)天線制作困難；施加絕緣保護(hù)增加了光電導(dǎo)天線的制作及封裝難度，而且在實(shí)際應(yīng)用中有諸多不便。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種復(fù)合式光電導(dǎo)天線，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提高光電導(dǎo)天線的耐壓強(qiáng)度、通流能力和輻射功率。本專(zhuān)利技術(shù)的另一個(gè)目的在于提供一種基于所述復(fù)合式光電導(dǎo)天線的太赫茲波輻射源。本專(zhuān)利技術(shù)的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種復(fù)合式光電導(dǎo)天線，由光電導(dǎo)體、偶極天線和鉗制電極組成，所述偶極天線位于所述光電導(dǎo)體的上表面，呈橫向結(jié)構(gòu)，所述鉗制電極位于所述光電導(dǎo)體的下表面且與所述偶極天線形成縱向結(jié)構(gòu)，在所述光電導(dǎo)體上形成兩個(gè)光照區(qū)。所述偶極天線的間距大于所述光電導(dǎo)體厚度的2倍。所述鉗制電極的寬度大于所述偶極天線引腳電極的間距且小于所述偶極天線正面電極的總寬度。 本專(zhuān)利技術(shù)的另一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于所述復(fù)合式光電導(dǎo)天線的太赫茲波輻射源，包括儲(chǔ)能電路、觸發(fā)光源及所述復(fù)合式光電導(dǎo)天線，所述儲(chǔ)能電路與所述復(fù)合式光電導(dǎo)天線連接，所述觸發(fā)光源由飛秒激光器、光纖分束器及兩根光纖組成，所述光纖分束器與所述兩根光纖相連并置于所述飛秒激光器前端，所述兩根光纖的出光端分別置于所述光電導(dǎo)體的兩個(gè)光照區(qū)上方。所述儲(chǔ)能電路包括兩個(gè)串聯(lián)電容器、兩個(gè)限流電阻和直流電源，所述兩個(gè)限流電阻與所述直流電源串聯(lián)并與所述兩個(gè)串聯(lián)電容器并聯(lián)，所述兩個(gè)串聯(lián)電容器與所述偶極天線并聯(lián)，所述鉗制電極接在所述兩個(gè)串聯(lián)電容器中間形成橋式電路。所述兩根光纖等長(zhǎng)。本專(zhuān)利技術(shù)具有如下有益效果I、本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合式光電導(dǎo)天線采用縱向結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電流傳導(dǎo)，橫向結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)進(jìn)行THz輻射。這使其不僅具有縱向結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)擊穿電壓高、通流能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，還具有橫向結(jié)構(gòu)天線制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了光電導(dǎo)天線的輻射功率和使用壽命。2、本專(zhuān)利技術(shù)太赫茲波輻射源，采用橋式電路為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的復(fù)合式光電導(dǎo)天線充電，且兩縱向開(kāi)關(guān)同步觸發(fā)，減少了電路自身對(duì)能量的消耗，達(dá)到最大效率的輻射太赫茲波，在太赫茲產(chǎn)生領(lǐng)域具有很高的實(shí)用價(jià)值和重要意義。附圖說(shuō)明圖I為現(xiàn)有光電導(dǎo)天線橫向開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)；圖2為現(xiàn)有光電導(dǎo)天線縱向開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)；圖3為現(xiàn)有光電導(dǎo)天線異面電極結(jié)構(gòu)；圖4為本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合式光電導(dǎo)天線正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合式光電導(dǎo)天線背面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本專(zhuān)利技術(shù)太赫茲波輻射源結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本專(zhuān)利技術(shù)太赫茲福射源等效電路不意圖；圖中，I.光電導(dǎo)體，2.偶極天線引腳電極，3.偶極天線，4.光照區(qū)，5.鉗制電極，6.光纖分束器，7.光纖，8.飛秒激光器，9.電容器，10.限流電阻，11.直流電源，L1.偶極天線的間距，L2.偶極天線引腳電極的間距，L3.偶極天線正面電極的總寬度，w.鉗制電極寬度，h.光電導(dǎo)體厚度。具體實(shí)施例方式一種復(fù)合式光電導(dǎo)天線，參見(jiàn)附圖4、圖5，由光電導(dǎo)體I、偶極天線3和鉗制電極5組成，偶極天線3位于光電導(dǎo)體I的上表面，呈橫向結(jié)構(gòu)，鉗制電極5位于光電導(dǎo)體I的下表面且與偶極天線3形成縱向結(jié)構(gòu)，光電導(dǎo)體I上有兩個(gè)光照區(qū)4。本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合式光電導(dǎo)天線采用縱向結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)進(jìn)行電流傳導(dǎo)，橫向結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)進(jìn)行THz輻射。這使其不僅具有縱向結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)高耐壓、大通流的優(yōu)點(diǎn)，還具有橫向結(jié)構(gòu)天線制作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)該設(shè)計(jì)也將提高光電導(dǎo)天線的使用壽命。為了更好的輻射太赫茲波，光電導(dǎo)天線芯片應(yīng)滿(mǎn)足以下基本條件I)光電導(dǎo)體應(yīng)該具有盡可能短的載流子壽命、高載流子遷移率和介質(zhì)擊穿強(qiáng)度。半絕緣砷化鎵(SI-GaAs)、低溫生長(zhǎng)的砷化鎵(LT-GaAs)、InP、金剛石等均可例如采用半絕緣GaAs:EL2，其電子遷移率為5500cm2/V · s，載流子壽命典型值為200ps，本征擊穿場(chǎng)強(qiáng) >250kV/cm ο光電導(dǎo)天線的電極接觸為歐姆接觸，是用電子束蒸發(fā)工藝淀積Au/Ge/Ni合金，經(jīng)退火處理與GaAs半導(dǎo)體形成歐姆接觸。2)為盡可能發(fā)揮復(fù)式結(jié)構(gòu)光電導(dǎo)天線耐壓能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，偶極天線3的間距L1大于2倍光電導(dǎo)體I厚度h，即L1Uh,參見(jiàn)圖5。3)考慮到光照面積和縱向開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通，將鉗制電極5設(shè)置于光電導(dǎo)體I背面的中央，鉗制電極5寬度w大于偶極天線3引腳電極2的間距L2且小于偶極天線3正面電極的總寬度L3,即w滿(mǎn)足L2〈w〈L3，參見(jiàn)圖4。基于本專(zhuān)利技術(shù)復(fù)合式光電導(dǎo)天線的太赫茲波輻射源，參見(jiàn)附圖6，包括儲(chǔ)能電路、觸發(fā)光源及復(fù)合式光電導(dǎo)天線，儲(chǔ)能電路與復(fù)合式光電導(dǎo)天線連接，觸發(fā)光源由飛秒激光器8、光纖分束器6及兩根等長(zhǎng)的光纖7組成，光纖分束器6與兩根等長(zhǎng)光纖7相連并置于飛秒激光器8前端，兩根等長(zhǎng)光纖7的出光端分別置于光電導(dǎo)體I的兩個(gè)光照區(qū)4上方。儲(chǔ)能電路包括兩個(gè)串聯(lián)電容器9、兩個(gè)限流電阻10和直流電源11，兩個(gè)限流電阻10與直流電源11串聯(lián)并與兩個(gè)串聯(lián)電容器9并聯(lián)，兩個(gè)串聯(lián)電容器9與偶極天線本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種復(fù)合式光電導(dǎo)天線，其特征在于：由光電導(dǎo)體（1）、偶極天線（3）和鉗制電極（5）組成，所述偶極天線（3）位于所述光電導(dǎo)體（1）的上表面，呈橫向結(jié)構(gòu)，所述鉗制電極（5）位于所述光電導(dǎo)體（1）的下表面且與所述偶極天線（3）形成縱向結(jié)構(gòu)，在所述光電導(dǎo)體（1）上形成兩個(gè)光照區(qū)（4）。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜增公，施衛(wèi)，楊匯鑫，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：西安理工大學(xué)，東莞市五峰科技有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：