一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线，包括接收装置，所述接收装置包括金属元表面共振器、所述金属元表面共振器为双电容，双回路金属结构；所述电容之间设有电光调制元件，且与右侧的电容的间距为5μm，所述金属原表面共振器下部设有二氧化硅缓冲层，以及铌酸锂基底。所述电光调制元件的材料为铌酸锂，所述电光调制元件采用单模条件的脊型波导。本发明专利技术的有益效果是元表面金属RLC共振器的结构，使其共振频率位于232GHz，并在共振器电容结构中得到了局域增益电场，最终能够实现特定频段40倍的电场增强。实现特定频段40倍的电场增强。实现特定频段40倍的电场增强。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线


[0001]本专利技术属于电光调制
，具体涉及一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线。

技术介绍

[0002]随着5G(第五代移动通信技术)通讯技术的成熟普及、通信速率需求的日益膨胀，太赫兹频段通信技术正在逐步成为研究的焦点。目前5G的通信频段大都位于6GHz以下，带宽窄，随着通信需求的增多，通信资源日益紧张。而位于0.1THz
‑
10THz之间的太赫兹频段具有更高的数据传输速率和更宽的频带资源。但是在太赫兹波段缺乏有效的接收器件，对于常用于微波探测的电子探测手段，太赫兹波段已经趋近与微波电子元件的极限响应频率，对于常用于光波段的常用半导体探测手段，太赫兹光不具有明显的光学响应。
[0003]为了实现有效的太赫兹探测，我们设计了一种基于共振增强微结构天线，并结合铌酸锂波导实现高效测量太赫兹信号电光调制的方法。该方法通过改变结构参数可实现共振频率可调的太赫兹频段电光调制增强。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0006]一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线，包括接收装置，其特征在于，所述接收装置包括金属元表面共振器、所述金属元表面共振器为双电容，双回路金属结构；所述电容之间设有电光调制元件，且与右侧的电容的间距为5μm，所述金属原表面共振器下部设有二氧化硅缓冲层，以及铌酸锂基底。
[0007]优选地，所述电光调制元件的材料为铌酸锂，所述电光调制元件采用单模条件的脊型波导。
[0008]优选地，所述单模条件满足如下式：
[0009][0010][0011]其中，
[0012][0013][0014]优选地，所述二氧化硅层缓冲厚度为400nm—500nm。
[0015]优选地，所述铌酸锂基底厚度700nm—900nm。
[0016]优选地，所述结构参数为h＝0.7μm,H＝0.68μm,W＝0.42μm,θ＝60
°
,n1＝n
o,e
＝2.21,2.14,n0＝n2＝1.5,b＝h/2λ。
[0017]本专利技术相较于现有技术，具有以下有益效果：
[0018]1)金属元表面共振器的结构，使其共振频率位于232GHz，并在共振器电容结构中得到了局域增益电场，以实现特定频段40倍的电场增强。
[0019]2)两个回路的方向相反，磁通量变化引起两个回路中的感应电流变化方向相反，结构的磁响应特性被抑制；双电容串联具有补偿作用。
[0020]3)共振时大多数能量局域在电容结构之间，使得电容附近有很强的局域谐振电场，有利于收集和增益信号。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的太赫兹电光探测器示意图。
[0022]图2为本专利技术的太赫兹电光探测器A处的局部放大图。
[0023]图3是本专利技术的太赫兹电光探测器示意图。
[0024]图4是本专利技术的(a)元表面共振器结构，(b)RLC等效电路。
[0025]图5是COMSOL数值模拟的不同电容大小下的吸收率曲线。
[0026](a)不同电容大小元表面共振谱。左侧电容间距分别为17.5μm,35μm,70μm，右侧电容间距分别为2.5μm,5μm,10μm，其中低频的共振峰对应LC共振模式，高频的共振峰对应DP共振模式；
[0027](b)LC共振模式传导电流密度分布
[0028](c)DP共振模式传导电流密度分布.其中箭头表示为传导电流密度矢量，b、c图的箭头大小作了归一化处理。
[0029]图6是电场为铌酸锂层中间层截面电场分布，其中(a)、(b)、(c)的金属厚度分别为50nm，100nm，200nm。
[0030]图7是不同电容大小下共振时电场增益大小，左右电容间距分别为(a)17.5μm,2.5μm,(b)35μm,5μm,(c)70μm,10μm，共振频率分别为(a)200GHz、(b)232GHz、(c)266GHz。
[0031]图8是本专利技术提供的一种实施例的脊形波导示意图。
[0032]图9是本专利技术提供的两组具有代表性的模拟结果对应的水平或垂直偏振的传播模式电场分布图。
[0033]图10是太赫兹电场增益分布剖面图。
具体实施方式
[0034]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0035]实施例1
[0036]本实施例提供了一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线，包括接收装置，所述接收装置包括金属元表面共振器、所述金属元表面共振器为双电容，双回路金属结构；所述电容之间设有电光调制元件，且与右侧的电容的间距为5μm，所述金属原表面共振器下部设有二氧化硅缓冲层，以及铌酸锂基底。
[0037]所述电光调制元件的材料为铌酸锂，所述电光调制元件采用单模条件的脊型波导。
[0038]其中，单模条件满足如下式：
[0039][0040][0041]其中，
[0042][0043][0044]所述二氧化硅层缓冲厚度为400nm—500nm。
[0045]所述铌酸锂基底厚度700nm—900nm。
[0046]所述结构参数为h＝0.7μm,H＝0.68μm,W＝0.42μm,θ＝60
°
,n1＝n
o,e
＝2.21,2.14,n0＝n2＝1.5,b＝h/2λ。
[0047]实施例2
[0048]为更清晰地表达本专利技术的设计思路，作如下具体解释：
[0049]电光效应
[0050]晶体在外加直流电场下折射率会发生变化，变化的大小与电场幅值成正比，称为泡克尔斯效应(即，电光效应)。电光效应的物理本质是直流电场与电磁波场在二阶非线性项χ
(2)
(ω＝ω+0)作用下的和频过程。从而直流电场等效的改变了电磁波的线性折射率。
[0051]晶体折射率椭球公式为：
[0052]η
11
x2+η
22
y2+η
33
z2+2η
12
xy+2η
23
yz+2η
31
zx＝1
[0053][0054]其中线性电光系数项γ
mk
即泡克尔斯效应电光系数。
[0055]铌酸锂电光晶体的特性
[0056]铌酸锂晶体具有非常大线性电光系数，是常用的电光调制晶体。铌酸锂晶体按对称性属于3m族晶体，其一阶电光系数张量表示为
[0057][0058]在500nm波长，各系数的值为：
[0059]γ
13
＝8.6pm
·
V
‑1γ
22...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线，包括接收装置，其特征在于，所述接收装置包括金属元表面共振器、所述金属元表面共振器为双电容，双回路金属结构；所述电容之间设有电光调制元件，且与右侧的电容的间距为5μm，所述金属原表面共振器下部设有二氧化硅缓冲层，以及铌酸锂基底。2.根据权利要求1所述的一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线，其特征在于，所述电光调制元件的材料为铌酸锂，所述电光调制元件采用单模条件的脊型波导。3.根据权利要求2所述的一种用于电光调制的共振增强的太赫兹天线，其特征在于，所述单模条件满足如下式：述单模条件满足如下式：其中，其中，4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田传山，苏雨聃，魏雨轩，罗谟杰，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：