一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種太赫茲成像裝置，具體涉及一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前主要的太赫茲成像系統(tǒng)主要有以下兩種:第一種太赫茲成像系統(tǒng)主要基于機械掃描的縱橫移動載物臺，還包括分離的收發(fā)模塊和透鏡。這種系統(tǒng)通過一步步地機械地移動待成像樣品，以完成對樣品的掃描。這種系統(tǒng)比較笨重、成像耗時長、成本較高。另一種太赫茲成像系統(tǒng)主要基于光學(xué)相機的成像原理，將眾多的太赫茲探測器集成在同一個芯片上，以便一次性地獲得待測樣品的多個像素，從而減少成像時間。因此，這種太赫茲成像系統(tǒng)也被稱之為“太赫茲相機”。然而這種“太赫茲相機”中的天線尺寸決定了它的像素有限，此外，這種“太赫茲相機”中的天線增益較低，且天線本身不具備聚焦功能，從而使得這種系統(tǒng)仍然依賴成本高且不易集成的透鏡。這些缺陷都極大地限制了太赫茲成像技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于石墨烯電掃描反射陣的探測器，以實現(xiàn)一種成像快、成本低、體積小的太赫茲成像系統(tǒng)，從而推進太赫茲成像技術(shù)的商用。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案為:一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器，包括一個CMOS芯片，還包括一個基于石墨烯的極化濾波器，以及一個凹形封裝盒，CMOS芯片位于凹形封裝盒內(nèi)側(cè)底部，極化濾波器位于凹形封裝盒內(nèi)側(cè)頂部，CMOS芯片通過具有的極化扭轉(zhuǎn)功能的金屬片使聚焦后的線極化波產(chǎn)生極化扭轉(zhuǎn)，極化扭轉(zhuǎn)后的線極化波就能夠通過極化濾波器發(fā)射到自由空間。
[0005]CMOS芯片是線極化太赫茲波的發(fā)射和檢測單元，芯片二氧化硅底層的金屬地板，位于二氧化硅頂層的與發(fā)射及檢測電路集成于同一芯片內(nèi)的偶極子天線，還包括位于二氧化硅頂層的、有規(guī)律地環(huán)繞在偶極子天線周圍的、可產(chǎn)生相位補償和極化扭轉(zhuǎn)的金屬片。
[0006]極化濾波器是一種反射相位可電調(diào)的、具有平面結(jié)構(gòu)的極化過濾單元，包括印刷在介質(zhì)基片正面上的金屬柵板，包括印刷在介質(zhì)基片反面上的矩形石墨烯片，還包括連接矩形石墨烯片的饋電線。
[0007]本實用新型提供的一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器，基于石墨烯的電掃描太赫茲反射陣易于與芯片電路集成。發(fā)射電路、檢測電路、偶極子天線、以及可產(chǎn)生相位補償和極化扭轉(zhuǎn)的金屬片可以天然地集成在同一個CMOS芯片上，從而減少集成損耗、產(chǎn)品體積、以及生產(chǎn)成本。采用空饋結(jié)構(gòu)，在太赫茲頻段仍然具有高增益，同時自帶聚焦功能，因而不需要額外的透鏡，從而減小了太赫茲成像系統(tǒng)的體積，避免了調(diào)試透鏡位置所需的時間，并降低了太赫茲成像系統(tǒng)的復(fù)雜度。石墨烯在太赫茲頻段的可電調(diào)性，便得這種太赫茲反射陣具備電掃描的功能，從而極大地縮減了成像時間。
【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明:
[0009]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)的三維立體示意圖
[0010]圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖
[0011]圖3為本實用新型結(jié)構(gòu)聚焦功能的示意圖
[0012]圖4為本實用新型結(jié)構(gòu)中CMOS芯片的俯視圖
[0013]圖5為本實用新型結(jié)構(gòu)中石墨烯極化濾波器的仰視圖
[0014]圖中:1、CM0S芯片，2、極化濾波器，3、凹形封裝盒、11、金屬地板，12、偶極子天線，13、金屬片，21、金屬柵板，22、石墨稀片，23、饋電線、24、介質(zhì)基片
【具體實施方式】
[0015]如圖2所示，一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器，包括一個CMOS芯片I，還包括一個基于石墨烯的極化濾波器2，以及一個凹形封裝盒3。
[0016]如圖4所示，CMOS芯片I是線極化太赫茲波的發(fā)射和檢測單元，包括位于芯片二氧化硅底層的金屬地板11，包括位于二氧化硅頂層的、具有高輸入阻抗的、可與發(fā)射及檢測電路集成于同一芯片內(nèi)的偶極子天線12，還包括位于二氧化硅頂層的、有規(guī)律地環(huán)繞在偶極子天線12周圍的、可產(chǎn)生相位補償和極化扭轉(zhuǎn)的金屬片13。偶極子天線12具有差分結(jié)構(gòu)，利于與差分電路集成，提高成像系統(tǒng)的發(fā)射與檢測性能。同時，偶極子天線12具有高輸入阻抗，利于與具有高輸出阻抗的電路進行匹配，降低天線與電路之間的匹配損耗。
[0017]如圖1、圖3和圖5所示，極化濾波器2是一種反射相位可電調(diào)的、具有平面結(jié)構(gòu)的極化過濾單元，包括印刷在介質(zhì)基片24正面上的金屬柵板21，包括印刷在介質(zhì)基片24反面上的矩形石墨烯片22，還包括連接矩形石墨烯片22的饋電線23。在所述電掃描太赫茲反射陣用于發(fā)射太赫茲波的情況下，所述極化濾波器2上的金屬柵板21可等效為一個完整的金屬地板，具有將偶極子天線12發(fā)射出的線極化波全部反射回金屬片13的功能。另外，所述極化濾波器2上的矩形石墨烯片22與金屬柵板21可等效為一個反射陣。矩形石墨烯片22在太赫茲頻段的復(fù)合導(dǎo)電率是可電調(diào)的，也就是，所述等效的反射陣的反射相位是隨著矩形石墨烯片22上的偏置電壓變化的。因此，本實用新型公布的基于石墨烯的太赫茲反射陣就具備了可電調(diào)性，也就是可以通過改變偏置電壓來實現(xiàn)波束掃描的目的。反射相位被電調(diào)后的線極化波被反射回環(huán)繞在偶極子天線12周圍的金屬片13，線極化波得到進一步的相位補償，以便將線極化波聚焦于一點。因此，在不需要額外的透鏡的情況下，所述太赫茲反射陣的輻射波束是具有高增益并自帶聚焦功能的。金屬片13具有的極化扭轉(zhuǎn)功能使聚焦后的線極化波產(chǎn)生90度的極化扭轉(zhuǎn)。極化扭轉(zhuǎn)后的線極化波就能夠通過極化濾波器2發(fā)射到自由空間。
【主權(quán)項】
1.一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器，其特征在于:所述探測器包括一個CMOS芯片(I)，還包括基于一個石墨烯的極化濾波器(2)，以及一個凹形封裝盒(3)，CMOS芯片(I)位于凹形封裝盒(3)內(nèi)側(cè)底部，極化濾波器(2)位于凹形封裝盒(3)內(nèi)側(cè)頂部，CMOS芯片(I)通過具有的極化扭轉(zhuǎn)功能的金屬片(13)使聚焦后的線極化波產(chǎn)生極化扭轉(zhuǎn)，極化扭轉(zhuǎn)后的線極化波就能夠通過極化濾波器(2)發(fā)射到自由空間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器，其特征在于:所述CMOS芯片(I)是線極化太赫茲波的發(fā)射和檢測單元，包括位于芯片二氧化硅底層的金屬地板(11)，包括位于二氧化硅頂層的、具有高輸入阻抗的、可與發(fā)射及檢測電路集成于同一芯片內(nèi)的偶極子天線(12)，還包括位于二氧化硅頂層的、有規(guī)律地環(huán)繞在偶極子天線(12)周圍的、可產(chǎn)生相位補償和極化扭轉(zhuǎn)的金屬片(13)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器，其特征在于:所述極化濾波器(2)是一種反射相位可電調(diào)的、具有平面結(jié)構(gòu)的極化過濾單元，包括印刷在介質(zhì)基片(24)正面上的金屬柵板(21)，包括印刷在介質(zhì)基片(24)反面上的矩形石墨烯片(22)，還包括連接矩形石墨烯片(22)的饋電線(23)。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于石墨烯電掃描反射陣的太赫茲探測器，包括一個CMOS芯片，還包括基于一個石墨烯的極化濾波器，以及一個凹形封裝盒。本實用新型針對太赫茲成像的發(fā)展需求，提供了一種成像快、體積小、成本低的太赫茲反射陣的探測器。
【IPC分類】H04N5/374, H04N5/225
【公開號】CN205179187
【申請?zhí)枴緾N201520650034
【發(fā)明人】胡三明, 沈一竹
【申請人】胡三明
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年8月24日