一種收發(fā)一體的太赫茲天線及其制造方法和太赫茲測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種收發(fā)一體的太赫茲天線，該太赫茲天線包括太赫茲輻射材料和環(huán)形分布的多極天線；所述多極天線由多塊金屬電極組成，該多塊金屬電極形成環(huán)形對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)，其中該多塊金屬電極的數(shù)量大于等于3；所述環(huán)形分布的多極天線位于所述太赫茲輻射材料的上表面，并平行于太赫茲輻射材料表面分布，該多塊金屬電極環(huán)繞形成中心間隙區(qū)；所述太赫茲輻射材料上形成光照區(qū)，該光照區(qū)位于該中心間隙區(qū)。本發(fā)明還涉及該太赫茲天線的制造方法和太赫茲測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明提出的天線能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)太赫茲輻射的收發(fā)。
【專利說明】
一種收發(fā)一體的太赫茲天線及其制造方法和太赫茲測(cè)量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種太赫茲(THz)頻率范圍的測(cè)量系統(tǒng)，具體涉及一種收發(fā)一體的太赫茲天線及其制造方法和太赫茲測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，人們對(duì)太赫茲(Terahertz ,ITHz = 112Hz)的基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用做了很多工作。太赫茲的挑戰(zhàn)性在于:對(duì)高速電子器件而言，0.3THz基本上是其帶寬上限;對(duì)光學(xué)器件而言，光波頻率小于1THz(或波長(zhǎng)長(zhǎng)于30微米)的光源在實(shí)際中也很難使用。這就是人們所說的“太赫茲間隙”:光子學(xué)和電子學(xué)在它們的技術(shù)極限處(太赫茲波段)的銜接并不好。而這一波段卻在很多領(lǐng)域都有很重要的應(yīng)用，如藥物工業(yè)中的監(jiān)控與光譜分析，醫(yī)療成像，材料的光譜分析及其傳感探測(cè)技術(shù)，公共安全，以及超高速的電子路線與通訊。當(dāng)前，隨著新材料和新技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著超快技術(shù)和半導(dǎo)體量子器件的發(fā)展，太赫茲技術(shù)得以迅速發(fā)展，在全世界范圍內(nèi)涌現(xiàn)了太赫茲研究的熱潮。
[0003]對(duì)于太赫茲探測(cè)系統(tǒng)而言，需要同時(shí)具有太赫茲發(fā)射源和太赫茲探測(cè)器，因此，太赫茲波的發(fā)射和探測(cè)技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前，太赫茲天線被認(rèn)為能發(fā)射和探測(cè)太赫茲波的一種有效方法。通常的太赫茲天線在工作時(shí)或者作為發(fā)射天線，或者作為接收天線，未有收發(fā)合置于一體的。這種收發(fā)分置的設(shè)計(jì)會(huì)增加系統(tǒng)的體積，并且會(huì)在一定程度上影響其實(shí)用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種收發(fā)一體的太赫茲天線及其制造方法和太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，該天線可以緊湊、尚效的實(shí)現(xiàn)太赫茲福射的收發(fā)。
[0005]本發(fā)明提出的一種收發(fā)一體的太赫茲天線，該太赫茲天線包括太赫茲輻射材料和環(huán)形分布的多極天線；
[0006]所述多極天線由多塊金屬電極組成，該多塊金屬電極形成環(huán)形對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)，其中該多塊金屬電極的數(shù)量大于等于3;
[0007]所述環(huán)形分布的多極天線位于所述太赫茲輻射材料的上表面，并平行于太赫茲輻射材料表面分布，該多塊金屬電極環(huán)繞形成中心間隙區(qū)；
[0008]所述太赫茲輻射材料上形成光照區(qū)，該光照區(qū)位于該中心間隙區(qū)。
[0009]進(jìn)一步地，所述的多極天線可以組成天線陣列結(jié)構(gòu)，該天線陣列結(jié)構(gòu)中的各個(gè)天線可以是結(jié)構(gòu)一致或結(jié)構(gòu)不一致的多極天線結(jié)構(gòu)，或者該天線陣列結(jié)構(gòu)也可以是多種天線陣列結(jié)構(gòu)的組合。
[0010]進(jìn)一步地，所述多塊金屬電極均為T型形狀，其橫向部和縱向部均呈長(zhǎng)方形，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)；
[0011]或者，所述多塊金屬電極均為類似T型形狀，其橫向部呈長(zhǎng)方形，縱向部呈倒梯形，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)；
[0012]或者，該金屬電極為倒三角形。
[0013]本發(fā)明還提出一種如前任一項(xiàng)所述的太赫茲天線的制造方法，該方法包括:
[0014]在半絕緣GaAs襯底上生長(zhǎng)GaAs材料層；
[0015]然后用電子束蒸發(fā)工藝淀積Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au電極，形成環(huán)形分布的多極天線，經(jīng)退火處理與GaAs材料層形成歐姆接觸；
[0016]最后在中心間隙區(qū)生長(zhǎng)具有增透和絕緣保護(hù)作用的Si02/Si3N4絕緣薄膜；
[0017]或者，該方法包括:
[0018]在本征InP襯底上生長(zhǎng)InGaAs:Be/InAlAs多量子阱層材料層；
[0019]然后用電子束蒸發(fā)工藝淀積Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au電極，形成環(huán)形分布的多極天線，經(jīng)退火處理與InGaAs:Be/InAlAs多量子講層材料層形成歐姆接觸；
[0020]最后在中心間隙區(qū)生長(zhǎng)具有增透和絕緣保護(hù)作用的Si02/Si3N4絕緣薄膜。
[0021]本發(fā)明還提出一種太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號(hào)輸出電路、偏置電壓電路、激光源、如前任一項(xiàng)所述的太赫茲天線和太赫茲光學(xué)系統(tǒng)，其中太赫茲天線至少有兩個(gè)電極接偏置電壓電路的兩極，至少有兩個(gè)電極接信號(hào)輸出電路的兩極，其中偏置電壓電路和信號(hào)輸出電路的地端共用或不共用；
[0022]激光源發(fā)射的激光聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)，并激發(fā)太赫茲輻射;該太赫茲輻射經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)之后照在樣品上；
[0023]樣品反射的太赫茲輻射，經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)收集后，聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)，并將太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào);該電信號(hào)由信號(hào)輸出電路進(jìn)行信號(hào)處理。
[0024]進(jìn)一步地，偏置電壓可以是直流電壓、方波電壓或者正弦電壓；當(dāng)偏置電壓為直流電壓時(shí)，該系統(tǒng)還包括斬波器，該斬波器可設(shè)置在激光源和太赫茲天線之間的光路中，也可設(shè)置在太赫茲天線和樣品之間的光路中。
[0025]進(jìn)一步地，太赫茲光學(xué)系統(tǒng)包括拋物反射鏡。
[0026]進(jìn)一步地，該激光源為差頻激光源或者飛秒激光器。
[0027]更進(jìn)一步地，當(dāng)激光源為差頻激光源時(shí)，差頻激光源發(fā)射的差頻激光經(jīng)合束器合束后聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)。
[0028]進(jìn)一步地，當(dāng)激光源為飛秒激光器時(shí)，飛秒激光源發(fā)射的飛秒激光經(jīng)分束鏡分束后，其中一束光通過光學(xué)延遲線，與另一束光經(jīng)合束鏡合束聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)；
[0029]或者，當(dāng)激光源為飛秒激光器時(shí)，飛秒激光源發(fā)射的飛秒激光經(jīng)分束鏡分束后，其中一束光通過光學(xué)延遲線，另一束光經(jīng)斬波器進(jìn)行斬波，之后這兩束光經(jīng)合束鏡合束聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)；
[0030]或者，當(dāng)激光源為飛秒激光器時(shí)，飛秒激光源發(fā)射的飛秒激光經(jīng)斬波器和光學(xué)延遲線后聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)。
[0031]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提出的太赫茲天線利用太赫茲輻射材料的非線性光學(xué)效應(yīng)，如光導(dǎo)天線機(jī)制、半導(dǎo)體表面效應(yīng)、光致丹倍(Dember)效應(yīng)、光整流效應(yīng)以及非線性差頻機(jī)制等，結(jié)合環(huán)形對(duì)稱分布的多極天線結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)太赫茲輻射的一體化收發(fā)，并可以應(yīng)用于脈沖和連續(xù)兩種輻射方式的太赫茲光譜測(cè)量系統(tǒng)。另外，還可以單獨(dú)作為發(fā)射天線或者是接收天線來(lái)使用，在應(yīng)用上具有較大的靈活性。
【附圖說明】
[0032]圖1(a)是本發(fā)明的第一種多級(jí)天線示意圖。
[0033]圖1(b)是本發(fā)明的第二種多級(jí)天線示意圖。
[0034]圖1(c)是本發(fā)明的第三種多級(jí)天線示意圖。
[0035]圖1(d)是本發(fā)明的第四種多級(jí)天線示意圖。
[0036]圖1(e)是本發(fā)明的第五種多級(jí)天線示意圖。
[0037]圖2是本發(fā)明的多級(jí)天線陣列結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖3是本發(fā)明的太赫茲天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖4是本發(fā)明的對(duì)于連續(xù)波的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
[0040]圖5是本發(fā)明的第一種對(duì)于脈沖的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
[0041]圖6是本發(fā)明的第二種對(duì)于脈沖的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，本發(fā)明并不局限于附圖和以下實(shí)施例。
[0043]本發(fā)明提供一種收發(fā)一體的太赫茲天線，該天線包括太赫茲輻射材料和環(huán)形分布的多極天線。
[0044]所述多極天線由多塊金屬電極組成，該多塊金屬電極形成環(huán)形對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)，其中該多塊金屬電極的數(shù)量大于等于3。當(dāng)金屬電極的數(shù)量為3時(shí)，其中一金屬電極作為探測(cè)和發(fā)射的共地端；當(dāng)金屬電極的數(shù)量大于3時(shí)，可以選擇一金屬電極作為探測(cè)和發(fā)射的共地端，也可以是探測(cè)電極中或者發(fā)射電極中存在共地端，也可以無(wú)共地端。所述的多極天線可以組成天線陣列結(jié)構(gòu)，該天線陣列結(jié)構(gòu)中的各個(gè)天線可以是結(jié)構(gòu)一致或結(jié)構(gòu)不一致的多極天線結(jié)構(gòu)，或者該天線陣列結(jié)構(gòu)也可以是多種天線陣列結(jié)構(gòu)的組合。
[0045]圖1(a)和圖1(b)給出了四塊形狀和大小一致的同種金屬電極構(gòu)成天線的示例，各電極環(huán)形對(duì)稱分布形成互補(bǔ)天線結(jié)構(gòu)，其中圖1 (a)中金屬電極1001、金屬電極1003相對(duì)設(shè)置，金屬電極1002、金屬電極1004相對(duì)設(shè)置，金屬電極1001、1002、1003、1004均為T型形狀，其橫向部和縱向部均呈長(zhǎng)方形，橫向部的長(zhǎng)度L大于縱向部的高度W，橫向部的高度H大于縱向部的電極寬帶T，橫向部和縱向部的厚度相等，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)；
[0046]圖1(b)中金屬電極2001?2004的橫向部呈長(zhǎng)方形，縱向部呈倒梯形，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)。
[0047]圖1(c)給出了八塊形狀和大小一致的同種金屬電極構(gòu)成天線的示例，該金屬電極1005?1012呈環(huán)形對(duì)稱分布，且均為T型形狀，其橫向部和縱向部均呈長(zhǎng)方形，橫向部的長(zhǎng)度L小于縱向部的高度W，橫向部的高度H大于縱向部的電極寬帶T，橫向部和縱向部的厚度相等，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)。
[0048]圖1(d)給出了十二塊形狀和大小一致的同種金屬電極構(gòu)成天線的示例，該金屬電極2005?2016呈環(huán)形對(duì)稱分布，且各金屬電極均為倒三角形。
[0049]圖1(e)給出了三塊形狀和大小一致的同種金屬電極構(gòu)成天線的示例，金屬電極2030?2032的橫向部呈長(zhǎng)方形，縱向部呈倒梯形，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)。
[0050]根據(jù)圖l(a)、l(b)、l(c)、l(d)和1(e)所示的結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)金屬電極的數(shù)量增加時(shí)，為了使各金屬電極可以加載合適的電壓，金屬電極環(huán)繞形成中心間隙區(qū)將增大。在此情況下，為了使太赫茲輻射的探測(cè)和發(fā)射達(dá)到適用的效果，需要適當(dāng)提高激光的輻照功率。上述各結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)的設(shè)定中，需要容抗和阻抗的匹配。例如，在利用GaAs材料進(jìn)行雙光差頻產(chǎn)生太赫茲的天線設(shè)計(jì)中，容抗要盡可能的小，輻射阻抗要盡可能的大，以提高輻射的收發(fā)效率。
[0051]圖2給出了由圖1(d)所示的多極天線構(gòu)成天線陣列結(jié)構(gòu)的示例，其中該陣列為M*N結(jié)構(gòu)，M和N均為正整數(shù)，M可以與N相等，也可以與N不相等。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉該陣列也可以采用圓形對(duì)稱分布，或者其他分布結(jié)構(gòu)。
[0052]所述環(huán)形分布的多極天線位于所述太赫茲輻射材料的上表面，并平行于太赫茲輻射材料表面分布。該多塊金屬電極環(huán)繞形成中心間隙區(qū)；其中，相鄰的金屬電極的間距要盡可能大，相對(duì)的金屬電極的間距要盡可能小，這樣可以提高加載電壓，以增大太赫茲的輻射效率。
[0053]所述太赫茲輻射材料是產(chǎn)生太赫茲電磁輻射和探測(cè)太赫茲輻射的關(guān)鍵部件。太赫茲輻射材料可以為光電導(dǎo)體、電光晶體、半導(dǎo)體材料或者超導(dǎo)材料。對(duì)于性能良好的光電導(dǎo)體而言，具有皮秒至飛秒量級(jí)的載流子壽命、高的載流子迀移率和介質(zhì)耐擊穿強(qiáng)度。該半導(dǎo)體材料可以是S1、GaAs、InP等半導(dǎo)體材料。
[0054]所述太赫茲輻射材料上形成光照區(qū)，該光照區(qū)位于該中心間隙區(qū)。
[0055]實(shí)施例1:
[0056]所述太赫茲天線如圖3所示，在450μπι厚半絕緣GaAs襯底3001上，生長(zhǎng)具有大暗電阻、高載流子迀移率、載流子壽命在f s量級(jí)的低溫GaAs材料層3002，低溫GaAs材料層3002的材料生長(zhǎng)溫度為250°C，退火溫度為500°C，退火時(shí)間為10分鐘，厚度為1μπι-2μπι;然后用電子束蒸發(fā)工藝淀積厚度為500nm的Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au電極3003，電極3003的形狀同圖1(a)、圖1(b)、圖1 (C)、圖1(d)和圖1(e)所示，具有三個(gè)、四個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)相同電極的天線結(jié)構(gòu)，經(jīng)退火處理與低溫GaAs材料層3002形成歐姆接觸;最后在電極的中心間隙區(qū)生長(zhǎng)具有增透和絕緣保護(hù)作用的Si02/Si3N4絕緣薄膜3004。
[0057]對(duì)于圖1(&)的結(jié)構(gòu)，1=45(^111，!1 = 5(^111丄=80(^111，相對(duì)的兩個(gè)電極1001和1003的極間距D = 8μηι、I OymS 15μηι，電極寬 T = 2μηι。
[0058]對(duì)于圖1(b)的結(jié)構(gòu)，H=50ym，L = 600ym，長(zhǎng)邊Τ1=414.21μπι，相對(duì)的兩個(gè)電極2001和2003的極間距0=1(^111或154111。不同0對(duì)應(yīng)的電極寬了2分別為了2 = 0\七822.5°4111，￥ =500umo
[0059]對(duì)于圖1((；)的結(jié)構(gòu)，1=45(^111，!1 = 5(^111丄=30(^111，相對(duì)的兩個(gè)電極1007和1011的極間距D = I Oym或15μηι，電極寬T = 2m。
[0060]對(duì)于圖1 (d)的結(jié)構(gòu)，相對(duì)的兩個(gè)相對(duì)電極2005和2011的極間距D = 1ym或15μπι。相鄰電極間的夾角為30°，L=100ym，W=500umo
[0061]對(duì)于圖1(6)的結(jié)構(gòu)，!1= 5(^111兒=60(^111，長(zhǎng)邊1'1=414.214111，電極2030、2031和203 2到中心間隙區(qū)的中心點(diǎn)的極間距D = 5μπι或7.5μπι。不同D對(duì)應(yīng)的電極寬分別為Τ2 = 2D Xtg22.5° μπι，W=500um。
[0062]實(shí)施例2:
[0063]所述太赫茲天線如圖3所示，在本征InP襯底3001上，生長(zhǎng)具有大暗電阻，高載流子迀移率的InGaAs:Be/InAlAs多量子阱層材料層3002，約100個(gè)周期，InAlAs層的厚度為7-9nm，InGaAs: Be層的厚度為8_14nm之間，總厚度為1μηι-2μηι;然后用電子束蒸發(fā)工藝淀積厚度為500nm的Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au電極3003，電極3003的形狀同圖1 (a)、圖1 (b)、圖1(C)、圖1(d)和圖1(e)所示，具有三個(gè)、四個(gè)、八個(gè)、十二個(gè)相同電極的天線結(jié)構(gòu)，經(jīng)退火處理與材料層3002形成歐姆接觸；最后在電極的間隙區(qū)生長(zhǎng)具有增透和絕緣保護(hù)作用的S12/Si3N4絕緣薄膜3004。
[0064]對(duì)于圖1(&)的結(jié)構(gòu)，胃=45(^111，!1 = 5(^111丄=80(^111，相對(duì)的兩個(gè)電極1001和1003的極間距D = 8μηι、I OymS 15μηι，電極寬 T = 2μηι。
[0065]對(duì)于圖1(b)的結(jié)構(gòu)，H=50ym，L = 600ym，長(zhǎng)邊Τ1=414.21μπι，相對(duì)的兩個(gè)電極2001和2003的極間距0 = 1(^111或154111。不同0對(duì)應(yīng)的電極寬分別為了2 = 0\七822.5°4111，1=50011111。
[0066]對(duì)于圖1((；)的結(jié)構(gòu)，1=45(^111，!1 = 5(^111丄=30(^111，相對(duì)的兩個(gè)電極1007和1011的極間距D = I Oym或15μηι，電極寬T = 2m。
[0067]對(duì)于圖1 (d)的結(jié)構(gòu)，相對(duì)的兩個(gè)相對(duì)電極2005和2011的極間距D = 1ymS 15μπι。相鄰電極間的夾角為30°，L=100ym，W=500umo
[0068]對(duì)于圖1(6)的結(jié)構(gòu)，!1= 5(^111兒=60(^111，長(zhǎng)邊1'1=414.214111，電極2030、2031和203 2到中心間隙區(qū)的中心點(diǎn)的極間距D = 5μπι或7.5μπι。不同D對(duì)應(yīng)的電極寬分別為Τ2 = 2D Xtg22.5° μπι，W=500um。
[0069]實(shí)施例3:
[0070]對(duì)于實(shí)施案例I和2中所涉及的天線結(jié)構(gòu)可以是天線陣列結(jié)構(gòu)，其中單個(gè)天線2020可以是任何一種多極天線結(jié)構(gòu)，天線結(jié)構(gòu)可以一致也可以不一致。如圖2所示，每個(gè)單個(gè)天線2020結(jié)構(gòu)一致。
[0071]利用所述的環(huán)形分布多極太赫茲天線結(jié)構(gòu)，可以搭建脈沖和連續(xù)兩種不同輻射方式的太赫茲光譜測(cè)量系統(tǒng)。該測(cè)量系統(tǒng)最主要的特點(diǎn)是，通過一個(gè)環(huán)形分布多極天線就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲福射信號(hào)發(fā)射和接收。
[0072]實(shí)施例4:
[0073]對(duì)于連續(xù)波測(cè)量系統(tǒng)由而言，系統(tǒng)包括信號(hào)輸出電路4001、偏置電壓電路4002、差頻激光源4003、太赫茲天線4004、太赫茲光學(xué)系統(tǒng)以及合束器4008，其中差頻激光源4003可以包括激光器I和激光器2，激光器I和激光器2發(fā)出的激光具有設(shè)定的頻差;太赫茲天線至少有兩個(gè)電極接偏置電壓電路的兩極，至少有兩個(gè)電極接信號(hào)輸出電路的兩極;太赫茲光學(xué)系統(tǒng)包括拋物反射鏡4005或其他太赫茲光學(xué)元件，如圖4所示。
[0074]差頻激光源4003發(fā)射的差頻激光經(jīng)合束器4008合束后聚焦在太赫茲天線4004的中心間隙區(qū)，并激發(fā)太赫茲輻射;該太赫茲輻射經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)之后照在樣品4006上。樣品反射的太赫茲輻射，同樣經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)收集后，聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)，并將太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào);該電信號(hào)由信號(hào)輸出電路4001進(jìn)行信號(hào)處理后，再進(jìn)行鎖相放大處理。偏置電壓可以是直流電壓、方波電壓或者正弦電壓。當(dāng)偏置電壓為直流電壓時(shí)，在太赫茲天線和樣品之間需要用斬波器4007進(jìn)行斬波。當(dāng)偏置電壓為正弦或方波電壓時(shí)，在太赫茲天線和樣品之間不需要用斬波器進(jìn)行斬波。
[0075]該系統(tǒng)中太赫茲天線為圖1(a)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，金屬電極1001和1003分別接偏置電壓的兩極，金屬電極1002和1004分別接信號(hào)輸出電路的兩極；或者，金屬電極1001和1003分別接信號(hào)輸出電路的兩極，金屬電極1002和1004分別接偏置電壓的兩極。
[0076]太赫茲天線為圖1(b)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，金屬電極2001和2003分別接偏置電壓的兩極，金屬電極2002和2004分別接信號(hào)輸出電路的兩極;或者，金屬電極2001和2003分別接信號(hào)輸出電路的兩極，金屬電極2002和2004分別接偏置電壓的兩極。
[0077]太赫茲天線為圖1(c)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，至少有兩個(gè)相對(duì)的金屬電極(如金屬電極1007和1011)接偏置電壓的兩極或者接信號(hào)輸出電路的兩極，其余電極可按需接入信號(hào)輸出電路或者偏置電壓電路。
[0078]太赫茲天線為圖1(d)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，至少有兩個(gè)相對(duì)的金屬電極(如金屬電極2005和2011)接偏置電壓的兩極或者接信號(hào)輸出電路的兩極，其余電極可按需接入信號(hào)輸出電路或者偏置電壓電路。
[0079]太赫茲天線為圖1(e)所示，其中電極2030作為探測(cè)和發(fā)射的共地端，電極2031接入偏置電壓電路，電極3032接入信號(hào)輸出電路。當(dāng)金屬電極的數(shù)量為大于3時(shí)，可以選擇一電極作為探測(cè)和發(fā)射的共地端，也可以是探測(cè)電極中或者是發(fā)射電極中存在共地端，也可以無(wú)共地端。
[0080]實(shí)施例5:
[0081 ]對(duì)于脈沖的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號(hào)輸出電路5001、偏置電壓電路5002、飛秒激光源5003、太赫茲天線5004、太赫茲光學(xué)系統(tǒng)、光學(xué)延遲線5007、分束器5009以及合束器5010，其中，太赫茲天線至少有兩個(gè)電極接偏置電壓電路5002的兩極，至少有兩個(gè)電極接信號(hào)輸出電路5001的兩極;太赫茲光學(xué)系統(tǒng)包括拋物反射鏡5005或其他太赫茲光學(xué)元件，如圖5所示。
[0082]飛秒激光源5003發(fā)射的飛秒激光經(jīng)分束鏡5009分束后，其中一束光通過光學(xué)延遲線5007，與另一束光經(jīng)合束鏡5010合束聚焦在太赫茲天線5004的中心間隙區(qū)，并激發(fā)太赫茲脈沖輻射;該太赫茲脈沖輻射經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)之后照在樣品5006上。樣品反射的太赫茲脈沖輻射，同樣經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)收集后，聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)，并將太赫茲脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；該電信號(hào)由信號(hào)輸出電路5001進(jìn)行信號(hào)處理，例如進(jìn)行鎖相放大處理。偏置電壓可以是直流電壓、方波電壓或者正弦電壓。當(dāng)偏置電壓為直流電壓時(shí)，系統(tǒng)需要用斬波器5008進(jìn)行斬波，其位置可以是圖5所示的位置，即位于分束鏡5009和合束鏡5010之間，或者激光源與太赫茲天線之間的光路中；也可以位于太赫茲天線5004和樣品之間的光路中，例如位于太赫茲天線5004和拋物反射鏡5005之間的光路中。當(dāng)偏置電壓為方波或正弦電壓時(shí)，系統(tǒng)不需要用斬波器進(jìn)行斬波。
[0083]該系統(tǒng)中太赫茲天線為圖1(a)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，金屬電極1001和1003分別接偏置電壓的兩極，金屬電極1002和1004分別接信號(hào)輸出電路的兩極；或者，金屬電極1001和1003分別接信號(hào)輸出電路的兩極，金屬電極1002和1004分別接偏置電壓的兩極。
[0084]太赫茲天線為圖1(b)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，金屬電極2001和2003分別接偏置電壓的兩極，金屬電極2002和2004分別接信號(hào)輸出電路的兩極;或者，金屬電極2001和2003分別接信號(hào)輸出電路的兩極，金屬電極2002和2004分別接偏置電壓的兩極。
[0085]太赫茲天線為圖1(c)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，至少有兩個(gè)相對(duì)的金屬電極(如金屬電極1007和1011)接偏置電壓的兩極或者接信號(hào)輸出電路的兩極，其余電極可按需接入信號(hào)輸出電路或者偏置電壓電路。
[0086]太赫茲天線為圖1(d)所示的天線結(jié)構(gòu)時(shí)，至少有兩個(gè)相對(duì)的金屬電極(如金屬電極2005和2011)接偏置電壓的兩極或者接信號(hào)輸出電路的兩極，其余電極可按需接入信號(hào)輸出電路或者偏置電壓電路。
[0087]太赫茲天線為圖1(e)所示，其中電極2030作為探測(cè)和發(fā)射的共地端，電極2031接入偏置電壓電路，電極3032接入信號(hào)輸出電路。當(dāng)金屬電極的數(shù)量為大于3時(shí)，可以選擇一電極作為探測(cè)和發(fā)射的共地端，也可以是探測(cè)電極中或者是發(fā)射電極中存在共地端，也可以無(wú)共地端。
[0088]實(shí)施例6:
[0089]對(duì)于脈沖的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，也可以采用如圖6所示的結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)包括信號(hào)輸出電路6001、偏置電壓電路6002、飛秒激光源6003、太赫茲天線6005、太赫茲光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)延遲線6004，其中，太赫茲天線至少有兩個(gè)電極接偏置電壓電路6002的兩極，至少有兩個(gè)電極接信號(hào)輸出電路6001的兩極;太赫茲光學(xué)系統(tǒng)包括拋物反射鏡6006或其他太赫茲光學(xué)元件。
[0090]飛秒激光源6003發(fā)射的飛秒激光經(jīng)光學(xué)延遲線6004后聚焦在太赫茲天線6005的中心間隙區(qū)，并激發(fā)太赫茲脈沖輻射;該太赫茲脈沖輻射經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)之后照在樣品6007上。樣品反射的太赫茲脈沖輻射，同樣經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)收集后，聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)，并將太赫茲脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；該電信號(hào)由信號(hào)輸出電路6001進(jìn)行信號(hào)處理，例如進(jìn)行鎖相放大處理。偏置電壓可以是直流電壓、方波電壓或者正弦電壓。當(dāng)偏置電壓為直流電壓時(shí)，系統(tǒng)需要用斬波器6008進(jìn)行斬波，其位置可以是圖6所示的位置，即位于飛秒激光器6003和延遲線6004之間的光路中，也可以位于太赫茲天線和樣品之間的光路中，例如位于太赫茲天線6005和拋物反射鏡6006之間的光路中。當(dāng)偏置電壓為方波或正弦電壓時(shí)，系統(tǒng)不需要用斬波器進(jìn)行斬波。
[0091]其余內(nèi)容同實(shí)施例5，在此不再贅述。
[0092]以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種收發(fā)一體的太赫茲天線，其特征在于，該太赫茲天線包括太赫茲輻射材料和環(huán)形分布的多極天線； 所述多極天線由多塊金屬電極組成，該多塊金屬電極形成環(huán)形對(duì)稱分布結(jié)構(gòu)，其中該多塊金屬電極的數(shù)量大于等于3; 所述環(huán)形分布的多極天線位于所述太赫茲輻射材料的上表面，并平行于太赫茲輻射材料表面分布，該多塊金屬電極環(huán)繞形成中心間隙區(qū)； 所述太赫茲輻射材料上形成光照區(qū)，該光照區(qū)位于該中心間隙區(qū)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲天線，其特征在于，所述的多極天線可以組成天線陣列結(jié)構(gòu)，該天線陣列結(jié)構(gòu)中的各個(gè)天線可以是結(jié)構(gòu)一致或結(jié)構(gòu)不一致的多極天線結(jié)構(gòu)，或者該天線陣列結(jié)構(gòu)也可以是多種天線陣列結(jié)構(gòu)的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲天線，其特征在于，所述多塊金屬電極均為T型形狀，其橫向部和縱向部均呈長(zhǎng)方形，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)； 或者，所述多塊金屬電極均為類似T型形狀，其橫向部呈長(zhǎng)方形，縱向部呈倒梯形，橫向部和縱向部為一體結(jié)構(gòu)； 或者，該金屬電極為倒三角形。4.一種如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的太赫茲天線的制造方法，其特征在于，該方法包括: 在半絕緣GaAs襯底上生長(zhǎng)GaAs材料層； 然后用電子束蒸發(fā)工藝淀積Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au電極，形成環(huán)形分布的多極天線，經(jīng)退火處理與GaAs材料層形成歐姆接觸； 最后在中心間隙區(qū)生長(zhǎng)具有增透和絕緣保護(hù)作用的Si02/Si3N4絕緣薄膜； 或者，該方法包括: 在本征InP襯底上生長(zhǎng)InGaAs: Be/InAlAs多量子阱層材料層； 然后用電子束蒸發(fā)工藝淀積Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au電極，形成環(huán)形分布的多極天線，經(jīng)退火處理與InGaAs:Be/InAlAs多量子講層材料層形成歐姆接觸； 最后在中心間隙區(qū)生長(zhǎng)具有增透和絕緣保護(hù)作用的Si02/Si3N4絕緣薄膜。5.—種太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括信號(hào)輸出電路、偏置電壓電路、激光源、如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的太赫茲天線和太赫茲光學(xué)系統(tǒng)，其中太赫茲天線至少有兩個(gè)電極接偏置電壓電路的兩極，至少有兩個(gè)電極接信號(hào)輸出電路的兩極，其中偏置電壓電路和信號(hào)輸出電路的地端共用或不共用； 激光源發(fā)射的激光聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)，并激發(fā)太赫茲輻射;該太赫茲輻射經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)之后照在樣品上； 樣品反射的太赫茲輻射，經(jīng)由太赫茲光學(xué)系統(tǒng)收集后，聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)，并將太赫茲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào);該電信號(hào)由信號(hào)輸出電路進(jìn)行信號(hào)處理。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，偏置電壓可以是直流電壓、方波電壓或者正弦電壓；當(dāng)偏置電壓為直流電壓時(shí)，該系統(tǒng)還包括斬波器，該斬波器可設(shè)置在激光源和太赫茲天線之間的光路中，也可設(shè)置在太赫茲天線和樣品之間的光路中。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，太赫茲光學(xué)系統(tǒng)包括拋物反射Ho8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該激光源為差頻激光源或者飛秒激光器。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)激光源為差頻激光源時(shí)，差頻激光源發(fā)射的差頻激光經(jīng)合束器合束后聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)激光源為飛秒激光器時(shí)，飛秒激光源發(fā)射的飛秒激光經(jīng)分束鏡分束后，其中一束光通過光學(xué)延遲線，與另一束光經(jīng)合束鏡合束聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)； 或者，當(dāng)激光源為飛秒激光器時(shí)，飛秒激光源發(fā)射的飛秒激光經(jīng)分束鏡分束后，其中一束光通過光學(xué)延遲線，另一束光經(jīng)斬波器進(jìn)行斬波，之后這兩束光經(jīng)合束鏡合束聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)； 或者，當(dāng)激光源為飛秒激光器時(shí)，飛秒激光源發(fā)射的飛秒激光經(jīng)斬波器和光學(xué)延遲線后聚焦在太赫茲天線的中心間隙區(qū)。
【文檔編號(hào)】H01Q1/36GK106067592SQ201610631091
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年8月4日
【發(fā)明人】林琦, 林中晞, 蘇輝
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所