一种收发一体的太赫兹天线及其制造方法和太赫兹测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种收发一体的太赫兹天线，该太赫兹天线包括太赫兹辐射材料和环形分布的多极天线；所述多极天线由多块金属电极组成，该多块金属电极形成环形对称分布结构，其中该多块金属电极的数量大于等于3；所述环形分布的多极天线位于所述太赫兹辐射材料的上表面，并平行于太赫兹辐射材料表面分布，该多块金属电极环绕形成中心间隙区；所述太赫兹辐射材料上形成光照区，该光照区位于该中心间隙区。本发明专利技术还涉及该太赫兹天线的制造方法和太赫兹测量系统。本发明专利技术提出的天线能够同时实现太赫兹辐射的收发。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太赫兹(THz)频率范围的测量系统，具体涉及一种收发一体的太赫兹天线及其制造方法和太赫兹测量系统。
技术介绍
近年来，人们对太赫兹(Terahertz,1THz＝1012Hz)的基础研究与实际应用做了很多工作。太赫兹的挑战性在于：对高速电子器件而言，0.3THz基本上是其带宽上限；对光学器件而言，光波频率小于10THz(或波长长于30微米)的光源在实际中也很难使用。这就是人们所说的“太赫兹间隙”：光子学和电子学在它们的技术极限处(太赫兹波段)的衔接并不好。而这一波段却在很多领域都有很重要的应用，如药物工业中的监控与光谱分析，医疗成像，材料的光谱分析及其传感探测技术，公共安全，以及超高速的电子路线与通讯。当前，随着新材料和新技术的发展，特别是随着超快技术和半导体量子器件的发展，太赫兹技术得以迅速发展，在全世界范围内涌现了太赫兹研究的热潮。对于太赫兹探测系统而言，需要同时具有太赫兹发射源和太赫兹探测器，因此，太赫兹波的发射和探测技术是其关键技术。当前，太赫兹天线被认为能发射和探测太赫兹波的一种有效方法。通常的太赫兹天线在工作时或者作为发射天线，或者作为接收天线，未有收发合置于一体的。这种收发分置的设计会增加系统的体积，并且会在一定程度上影响其实用性。
技术实现思路
本专利技术提供一种收发一体的太赫兹天线及其制造方法和太赫兹测量系统，该天线可以紧凑、高效的实现太赫兹辐射的收发。本专利技术提出的一种收发一体的太赫兹天线，该太赫兹天线包括太赫兹辐射材料和环形分布的多极天线；所述多极天线由多块金属电极组成，该多块金属电极形成环形对称分布结构，其中该多块金属电极的数量大于等于3；所述环形分布的多极天线位于所述太赫兹辐射材料的上表面，并平行于太赫兹辐射材料表面分布，该多块金属电极环绕形成中心间隙区；所述太赫兹辐射材料上形成光照区，该光照区位于该中心间隙区。进一步地，所述的多极天线可以组成天线阵列结构，该天线阵列结构中的各个天线可以是结构一致或结构不一致的多极天线结构，或者该天线阵列结构也可以是多种天线阵列结构的组合。进一步地，所述多块金属电极均为T型形状，其横向部和纵向部均呈长方形，横向部和纵向部为一体结构；或者，所述多块金属电极均为类似T型形状，其横向部呈长方形，纵向部呈倒梯形，横向部和纵向部为一体结构；或者，该金属电极为倒三角形。本专利技术还提出一种如前任一项所述的太赫兹天线的制造方法，该方法包括：在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs材料层；然后用电子束蒸发工艺淀积Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au电极，形成环形分布的多极天线，经退火处理与GaAs材料层形成欧姆接触；最后在中心间隙区生长具有增透和绝缘保护作用的SiO2/Si3N4绝缘薄膜；或者，该方法包括：在本征InP衬底上生长InGaAs:Be/InAlAs多量子阱层材料层；然后用电子束蒸发工艺淀积Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au电极，形成环形分布的多极天线，经退火处理与InGaAs:Be/InAlAs多量子阱层材料层形成欧姆接触；最后在中心间隙区生长具有增透和绝缘保护作用的SiO2/Si3N4绝缘薄膜。本专利技术还提出一种太赫兹测量系统，该系统包括信号输出电路、偏置电压电路、激光源、如前任一项所述的太赫兹天线和太赫兹光学系统，其中太赫兹天线至少有两个电极接偏置电压电路的两极，至少有两个电极接信号输出电路的两极，其中偏置电压电路和信号输出电路的地端共用或不共用；激光源发射的激光聚焦在太赫兹天线的中心间隙区，并激发太赫兹辐射；该太赫兹辐射经由太赫兹光学系统之后照在样品上；样品反射的太赫兹辐射，经由太赫兹光学系统收集后，聚焦在太赫兹天线的中心间隙区，并将太赫兹信号转变为电信号；该电信号由信号输出电路进行信号处理。进一步地，偏置电压可以是直流电压、方波电压或者正弦电压；当偏置电压为直流电压时，该系统还包括斩波器，该斩波器可设置在激光源和太赫兹天线之间的光路中，也可设置在太赫兹天线和样品之间的光路中。进一步地，太赫兹光学系统包括抛物反射镜。进一步地，该激光源为差频激光源或者飞秒激光器。更进一步地，当激光源为差频激光源时，差频激光源发射的差频激光经合束器合束后聚焦在太赫兹天线的中心间隙区。进一步地，当激光源为飞秒激光器时，飞秒激光源发射的飞秒激光经分束镜分束后，其中一束光通过光学延迟线，与另一束光经合束镜合束聚焦在太赫兹天线的中心间隙区；或者，当激光源为飞秒激光器时，飞秒激光源发射的飞秒激光经分束镜分束后，其中一束光通过光学延迟线，另一束光经斩波器进行斩波，之后这两束光经合束镜合束聚焦在太赫兹天线的中心间隙区；或者，当激光源为飞秒激光器时，飞秒激光源发射的飞秒激光经斩波器和光学延迟线后聚焦在太赫兹天线的中心间隙区。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的太赫兹天线利用太赫兹辐射材料的非线性光学效应，如光导天线机制、半导体表面效应、光致丹倍(Dember)效应、光整流效应以及非线性差频机制等，结合环形对称分布的多极天线结构，能够实现太赫兹辐射的一体化收发，并可以应用于脉冲和连续两种辐射方式的太赫兹光谱测量系统。另外，还可以单独作为发射天线或者是接收天线来使用，在应用上具有较大的灵活性。附图说明图1(a)是本专利技术的第一种多级天线示意图。图1(b)是本专利技术的第二种多级天线示意图。图1(c)是本专利技术的第三种多级天线示意图。图1(d)是本专利技术的第四种多级天线示意图。图1(e)是本专利技术的第五种多级天线示意图。图2是本专利技术的多级天线阵列结构示意图。图3是本专利技术的太赫兹天线的结构示意图。图4是本专利技术的对于连续波的太赫兹测量系统的示意图。图5是本专利技术的第一种对于脉冲的太赫兹测量系统的示意图。图6是本专利技术的第二种对于脉冲的太赫兹测量系统的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本专利技术并不局限于附图和以下实施例。本专利技术提供一种收发一体的太赫兹天线，该天线包括太赫兹辐射材料和环形分布的多极天线。所述多极天线由多块金属电极组成，该多块金属电极形成环形对称分布结构，其中该多块金属电极的数量大于等于3。当金属电极的数量为3时，其中一金属电极作为探测和发射的共地端；当金属电极的数量大于3时，可以选择一金属电极作为探测和发射的共地端，也可以是探测电极中或者发射电极中存在共地端，也可以无共地端。所述的多极天线可以组成天线阵列结构，该天线阵列结构中的各个天线可以是结构一致或结构不一致的多极天线结构，或者该天线阵列结构也可以是多种天线阵列结构的组合。图1(a)和图1(b)给出了四块形状和大小一致的同种金属电极构成天线的示例，各电极环形对称分布形成互补天线结构，其中图1(a)中金属电极1001、金属电极1003相对设置，金属电极1002、金属电极1004相对设置，金属电极1001、1002、1003、1004均为T型形状，其横向部和纵向部均呈长方形，横向部的长度L大于纵向部的高度W，横向部的高度H大于纵向部的电极宽带T，横向部和纵向部的厚度相等，横向部和纵向部为一体结构；图1(b)中金属电极2001～2004的横向部呈长方形，纵向部呈倒梯形，横向部和纵向部为一体结构。图1(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种收发一体的太赫兹天线，其特征在于，该太赫兹天线包括太赫兹辐射材料和环形分布的多极天线；所述多极天线由多块金属电极组成，该多块金属电极形成环形对称分布结构，其中该多块金属电极的数量大于等于3；所述环形分布的多极天线位于所述太赫兹辐射材料的上表面，并平行于太赫兹辐射材料表面分布，该多块金属电极环绕形成中心间隙区；所述太赫兹辐射材料上形成光照区，该光照区位于该中心间隙区。

【技术特征摘要】
1.一种收发一体的太赫兹天线，其特征在于，该太赫兹天线包括太赫兹辐射材料和环形分布的多极天线；所述多极天线由多块金属电极组成，该多块金属电极形成环形对称分布结构，其中该多块金属电极的数量大于等于3；所述环形分布的多极天线位于所述太赫兹辐射材料的上表面，并平行于太赫兹辐射材料表面分布，该多块金属电极环绕形成中心间隙区；所述太赫兹辐射材料上形成光照区，该光照区位于该中心间隙区。2.根据权利要求1所述的太赫兹天线，其特征在于，所述的多极天线可以组成天线阵列结构，该天线阵列结构中的各个天线可以是结构一致或结构不一致的多极天线结构，或者该天线阵列结构也可以是多种天线阵列结构的组合。3.根据权利要求1所述的太赫兹天线，其特征在于，所述多块金属电极均为T型形状，其横向部和纵向部均呈长方形，横向部和纵向部为一体结构；或者，所述多块金属电极均为类似T型形状，其横向部呈长方形，纵向部呈倒梯形，横向部和纵向部为一体结构；或者，该金属电极为倒三角形。4.一种如权利要求1至3中任一项所述的太赫兹天线的制造方法，其特征在于，该方法包括：在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs材料层；然后用电子束蒸发工艺淀积Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au电极，形成环形分布的多极天线，经退火处理与GaAs材料层形成欧姆接触；最后在中心间隙区生长具有增透和绝缘保护作用的SiO2/Si3N4绝缘薄膜；或者，该方法包括：在本征InP衬底上生长InGaAs:Be/InAlAs多量子阱层材料层；然后用电子束蒸发工艺淀积Ni/Ge/Au合金或者Ti/Pt/Au电极，形成环形分布的多极天线，经退火处理与InGaAs:Be/InAlAs多量子阱层材料层形成欧姆接触；最后在中心间隙区生长具有增透和绝缘保护作用的SiO2/Si3N4绝缘薄膜。5.一种太...

【专利技术属性】
技术研发人员：林琦，林中晞，苏辉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35