太赫兹探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种太赫兹探测装置，用于探测飞秒激光辐射产生的太赫兹波信号，包括PCB板以及设置在所述PCB板上的光电导模块、响应调节模块和放大模块。上述太赫兹探测装置，将光电导模块、响应调节模块和放大模块容置于同一个装置中，使得光电导模块与放大模块相互靠近，增加了匹配电阻、电容及电荷释放电阻；同时通过调节响应模块使得太赫兹探测装置的响应时间达到最小，消除和抑制了噪声的传输和耦合，实现了信噪比及采样率的最大化。同时缩小了该太赫兹探测装置的体积，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太赫兹探测
，特别是涉及太赫兹探测装置。
技术介绍
太赫兹波(THz波)是指频率在0.1～10THz之间的电磁波，太赫兹波的波长短、没有电离辐射产生，同时还包含了丰富的光谱信息，可以用于鉴别物质类别和成分。太赫兹技术在医疗、食品、安全监测、军事等领域具有很大的应用前景。随着超快激光技术的不断进步，太赫兹波是利用飞秒激光激发半导体表面和利用光电导发射接收机制进行产生和探测。其中，太赫兹光电导探测器是通过半导体材料上面的光导天线耦合太赫兹电磁波，形成载流子高速运动，从而产生瞬间电流。在太赫兹探测装置中，电路采集的时间常数τ可表示太赫兹波形探测装置输出信号随射入的太赫兹波变化的速率，例如入射的太赫兹波突然照射和消失时，探测器的输出不会立刻到达最大值或下降至零，而是随着时间常数τ的不同呈现对应的缓慢上升和下降。系统等效时间常数τ反应了装置的响应时间及动态特性。但是，当太赫兹信号较弱或光电导体的光强照度非常低时，放大模块的输入电流噪声、散粒噪声、约翰逊噪声等形成的噪声电流及耦合噪声电流，将高于太赫兹波所产生的实际电流。同时，放大器的阻抗与光电导天线的阻抗不匹配也会降低装置的性噪比。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种将光电导模块、响应调节模块及放大模块集成在同一PCB板上，消除和抑制噪声的传输和耦合，同时提高信噪比的太赫兹探测装置。一种太赫兹探测装置，用于探测飞秒激光辐射产生的太赫兹波信号，包括PCB板以及设置在所述PCB板上的光电导模块、响应调节模块和放大模块，所述光电导模块、响应调节模块、放大模块依次电连接；所述光电导模块用于同时接收外部的飞秒激光和太赫兹波，并形成所述太赫兹波信号的电位差；所述放大模块用于接收和放大所述太赫兹波信号；所述响应调节调节模块用于调节所述光电导模块与所述放大模块之间的信噪比。在其中一个实施例中，所述光电导模块包括依次层叠的衬底层、光电导层、光电导栅极以及设置在所述光电导栅极上的双极型偶极天线；所述双极型偶极天线包括正极偶极天线和负极偶极天线；所述响应调节模块分别与所述正极偶极天线、负极偶极天线连接。在其中一个实施例中，所述响应调节模块包括第一电阻和第一电容；所述第一电阻与第一电容并联；所述第一电阻的一端与所述正极偶极天线连接，所述第一电阻的另一端与所述负极偶极天线连接。在其中一个实施例中，所述第一电阻的阻值与所述双极型偶极天线的等效电阻相等。在其中一个实施例中，所述放大模块包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路；所述第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路依次电连接；所述第一级放大电路用于对所述太赫兹波信号进行放大；所述第二级放大电路用于调节所述太赫兹波信号的放大增益；所述第三级放大电路用于降低所述太赫兹探测装置的输出阻抗。在其中一个实施例中，所述第一级放大电路包括第一耦合电阻和仪表放大器；所述第一耦合电阻的两端分别与所述正极偶极天线、负极偶极天线连接；所述仪表放大器的同相输入端与所述正极偶极天线连接，所述仪表放大器的反相输入端与所述负极偶极天线连接；所述仪表放大器的输出端与所述第二级放大电路连接。在其中一个实施例中，所述第一级放大电路还包括第二电阻和第三电阻，且所述第二电阻与第三电阻的阻值相等；所述第二电阻的一端与所述正极偶极天线连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第三电阻的一端与所述负极偶极天线连接，所述第三电阻的另一端接地。在其中一个实施例中，所述第二级放大电路包括第二耦合电阻、第一运算放大器、数字电位器和偏置电压分压器；所述第一运算放大器的反相输入端经所述第二耦合电阻与所述第一级放大电路的输出端连接；所述第一运算放大器的同相输入端与所述偏置电压分压器连接；所述数字电位器连接在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；所述第一运算放大器的输出端与所述第三级放大电路连接。在其中一个实施例中，所述偏置电压分压器包括第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第四电阻、第五电阻和第六电阻与外部供电电源依次串联形成回路，且所述第五电阻为滑动变阻器，所述第一运算放大器的同相输入端与所述第五电阻连接。在其中一个实施例中，所述第三级放大电路包括第三耦合电阻和电压跟随器；所述电压跟随器的同相输入端经所述第三耦合电阻与所述第二级放大电路的输出端连接，所述电压跟随器的负向输入端与所述电压跟随器的输出端连接。上述太赫兹探测装置，将光电导模块、响应调节模块和放大模块集成在同一PCB板上，容置于同一个装置中，使得光电导模块与放大模块相互靠近，增加了匹配电阻、电容及电荷释放电阻，使装置的响应时间达到最小，同时消除和抑制了噪声的传输和耦合，实现了信噪比及采样率的最大化。同时缩小了该太赫兹探测装置的体积，节约了成本。附图说明图1为太赫兹探测装置结构框架图；图2为光电导模块的结构示意图；图3为仪表放大器的等效电路图；图4为放大模块的电路图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示的为太赫兹探测装置结构框架图，用于探测飞秒激光辐射产生的太赫兹波信号，包括PCB板(图中未示)以及设置在PCB板上的光电导模块100、响应调节模块200和放大模块300。其中，光电导模块100、响应调节模块200、放大模块300依次电连接；光电导模块100用于同时接收外部的飞秒激光和太赫兹波，并形成太赫兹波信号的电位差；放大模块300用于接收和放大所述太赫兹波信号；响应调节调节模块用于调节光电导模块100与放大模块300之间的信噪比。如图2所示的为光电导模块100的结构示意图，光电导模块100包括依次层叠的衬底层110、光电导层120、光电导栅极130以及设置在光电导栅极上的双极型偶极天线140。其中，衬底层110为半绝缘砷化镓(SI-GaAs)；光电导层120由低温生长砷化镓(LT-GaAs)构成，双极型偶极天线140的材料为半绝缘砷化镓(SI-GaAs)。双极型偶极天线140包括正极偶极天线141和负极偶极天线143。正极偶极天线141和负极偶极天线143的电荷的极性不受正极偶极天线141和负极偶极
天线143位置的限制，也就是说正极偶极天线141和负极偶极天线143的位置可以互换。响应调节模块200设置在正极偶极天线141与负极偶极天线143的两端。当太赫兹探测装置内的光电导模块100受到飞秒激光和太赫兹入射波同时照射后，电荷将从双极型偶极天线140的一极流向另一极，双极型偶极天线140的正负两极之间产生太赫兹电位差，其中，等效太赫兹波信号的电流脉冲与所产生的太赫兹电动势成正比；等效太赫兹波信号的电流脉冲与双极型偶极天线的正负两极等效电阻值成反比例关系。参考图1，放大模块300包括第一级放大电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太赫兹探测装置，用于探测飞秒激光辐射产生的太赫兹波信号，其特征在于，包括PCB板以及设置在所述PCB板上的光电导模块、响应调节模块和放大模块，所述光电导模块、响应调节模块、放大模块依次电连接；所述光电导模块用于同时接收外部的飞秒激光和太赫兹波，并形成所述太赫兹波信号的电位差；所述放大模块用于接收和放大所述太赫兹波信号；所述响应调节模块用于调节所述光电导模块与所述放大模块之间的信噪比。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹探测装置，用于探测飞秒激光辐射产生的太赫兹波信号，其特征在于，包括PCB板以及设置在所述PCB板上的光电导模块、响应调节模块和放大模块，所述光电导模块、响应调节模块、放大模块依次电连接；所述光电导模块用于同时接收外部的飞秒激光和太赫兹波，并形成所述太赫兹波信号的电位差；所述放大模块用于接收和放大所述太赫兹波信号；所述响应调节模块用于调节所述光电导模块与所述放大模块之间的信噪比。2.根据权利要求1所述的太赫兹探测装置，其特征在于，所述光电导模块包括依次层叠的衬底层、光电导层、光电导栅极以及设置在所述光电导栅极上的双极型偶极天线；所述双极型偶极天线包括正极偶极天线和负极偶极天线；所述响应调节模块分别与所述正极偶极天线、负极偶极天线连接。3.根据权利要求2所述的太赫兹探测装置，其特征在于，所述响应调节模块包括第一电阻和第一电容；所述第一电阻与第一电容并联；所述第一电阻的一端与所述正极偶极天线连接，所述第一电阻的另一端与所述负极偶极天线连接。4.根据权利要求2所述的太赫兹探测装置，其特征在于，所述第一电阻的阻值与所述双极型偶极天线的等效电阻相等。5.根据权利要求2所述的太赫兹探测装置，其特征在于，所述放大模块包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路；所述第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路依次电连接；所述第一级放大电路用于对所述太赫兹波信号进行放大；所述第二级放大电路用于调节所述太赫兹波信号的放大增益；所述第三级放大电路用于降低所述太赫兹探测装置的输出阻抗。6.根据权利要求5所述的太赫兹探测装置，其特征在于，所述第一级放大电路包...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓仕发，潘奕，李辰，丁庆，
申请(专利权)人：深圳市太赫兹系统设备有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44