本发明专利技术公开了一种基于光子频率上转换的太赫兹成像器件，包括太赫兹上转换器件和硅基成像器件，其中，太赫兹上转换器件用于将太赫兹二维图像信号转换为近红外或者可见光二维图像信号;硅基成像器件用于将转换得到的近红外或者可见光二维图像信号进行接收探测。其所要解决的技术问题是提供一种无像元太赫兹成像器件。它基于红外光子频率上转换的原理，将红外光信号转换为近红外光子，然后利用硅基成像器件实现探测和成像，这一方法能够大大降低太赫兹成像的技术难度和成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体太赫兹成像技术，具体涉及ー种基于光子频率上转换的太赫兹成像器件。
技术介绍
太赫兹波是是指频率在0. ITHz到IOTHz范围的电磁波，波长大概在0. 03到3mm范围，这一波段介于微波与红外之间。上个世纪80年代以前，人们对太赫兹波段的研究很少，主要是限制因素在于没有性能优良效果灵敏的太赫兹辐射源和探測成像器件。进入上个世纪80年代以后，随着新材料和新技术的发展，尤其是特别是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。2004年，美国政府将太赫兹科技评为“改变未来世界的十大技木”之四，而日本更是将太赫兹技术列 为“国家支柱十大重点战略目标”之首。太赫兹成像技术在国家安全、机场安检、健康体检、痕量物质分析等各方面具备重要的应用前景，意义重大。目前尚且没有性能优良同时价格低廉的太赫兹成像设备。现有的太赫兹成像技术的核心器件为ニ维红外焦平面阵列，由数万个单元探測器的集成而得，将其置于光学系统的焦平面上，直接获取ニ维红外图像。焦平面阵列通常采用混成式结构，即探测器阵列与信号读出电路基于不同材料体系，分别生长制备，此后两者再通过特殊エ艺集成获得。探测器阵列中的每ー个単元都通过电极(通常为铟柱)与读出电路相联。混成式红外焦平面阵列结构复杂，技术难度大、成本昂贵。在此前提下，寻求ー种性能优良、成本低廉的太赫兹成像方法对太赫兹成像的普及应用具有重要的意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于光子频率上转换的太赫兹成像器件。基于光子频率上转换的概念，可以将入射的太赫兹光转换为近红外光或者可见光，然后利用CCD或者CMOS器件对转换过来的短波长光进行探測，即可实现长波长光的上转换成像。其核心在干，将太赫兹光子转换为近红外光子或者可见光子，然后利用硅基近红外成像器件进行探测成像。—种基于光子频率上转换的太赫兹成像器件，包括太赫兹上转换器件和娃基成像器件，其中，太赫兹上转换器件用于将太赫兹ニ维图像信号转换为近红外或者可见光二维图像信号；硅基成像器件用于将转换得到的近红外或者可见光二维图像信号进行接收探測。其中，太赫兹上转换器件包括太赫兹探測器和发光二极管，其中太赫兹探測器用以实现对太赫兹光子的接收和探測，将太赫兹光信号转化为电信号，并将由所述太赫兹探测器所产生的光电子会迁移到发光二极管的工作区与空穴复合，产生波长为I微米以下的近红外光子或者可见光光子。较佳地，太赫兹探測器为半导体量子阱太赫兹探测器。将太赫兹上转换器件的发光面和硅基光电探测或成像器件的光接受面进行打磨设置，再通过晶片键合技术将这两个平面结合在一起，或，红外探測器LED的发光面和硅基光电探测或成像器件的光接受面进行打磨，将它们紧压在一起，中间只留有微米尺寸的间隙，在间隙见利用光胶进行粘合。 硅基成像器件用来探测红外上转换器件所发出的近红外光子，其为以下ー种若是用来实现红外探測，所用的硅基光电探测或成像器件为硅光电探测器；若是用来实现红外成像，所用硅基光电探测或成像器件为硅CCD或者硅CMOS器件。一种基于光子频率上转换的太赫兹成像方法，包括将太赫兹光子转换为近红外光子或者可见光子，利用硅基近红外成像器件进行探測成像。其进ー步包括太赫兹探测器对太赫兹光子的接收和探測，将太赫兹光信号转化为电信号，并将由所述太赫兹探测器所产生的光电子会迁移到发光二极管的工作区与空穴复合，产生波长为I微米以下的近红外光子或者可见光光子；硅基成像器件探测红外上转换器件所发出的近红外光子或可见光光子。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点I.与现有的太赫兹成像技术——焦平面探測器——相比较，本专利技术的太赫兹上转换成像技术无需制备分离像元，也无需制备读出电路，可以大大降低成像技术难度和成本。2.本专利技术中的太赫兹上转换器件基于半导体III-V材料，可以利用金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)和分子束外延(MBE)直接在半导体衬底上生长，然后利用光刻、刻饰等标准的半导体技术手段制备，流程标准，有益于大批量、低成本生产。3.优化条件下，本专利技术的太赫兹上转换器件可以具备较高的性能，获得很好的信噪比和成像效果。附图说明图I是本专利技术的太赫兹上转换成像系统示意图之ー图2是本专利技术的太赫兹上转换成像系统示意图之ニ图3利用光胶粘合制备得到的近红外上转换成像器件实例具体实施例方式在可见光和I微米以下的近红外波段，具备性能优异，价格低廉的成像器件，即为硅电荷耦合器件(Si CCD)，具有高速度、高灵敏度和宽动态范围等特点。除了硅CCD之外，人们也开发出了其他硅基成像器件，包括互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件，它具备更低的成本和能耗，更好的性价比和自由度，因而越来越成为主流的成像技木。在紫外及波长更短的波段，可以通过在硅基成像器件表面涂ー层磷光物质来实现探测成像。针对此问题，我们提出一种新的太赫兹成像思路——太赫兹上转换成像。基于光子频率上转换的概念，可以将入射的太赫兹光转换为近红外光或者可见光，然后利用CCD或者CMOS器件对转换过来的短波长光进行探測，即可实现长波长光的上转换成像。利用该方法实现太赫兹成像，无需制备ニ维太赫兹焦平面阵列，不需要设计特殊的读出电路，可以显著降低太赫兹成像的技术难度和成本，具备重要的实用价值。图I显示了本专利技术的太赫兹上转换成像系统示意图之ニ，主要包括太赫兹上转换器件(I)，光具组(2 )，和硅基成像器件(3 )这三部分组成。其中太赫兹上转换器件(I)将太赫兹光信号转换为近红外光子；上转换得到的近红外光子由硅基成像器件(3)进行接收探测，太赫兹上转换器件和硅基成像器件之间利用光具组(2)进行光互联。太赫兹上转换器件I或以包括太赫兹探測器和发光二极管，其中太赫兹探測器用以实现对太赫兹光子的接收和探測，将太赫兹光信号转化为电信号，并将由所述太赫兹探測器所产生的光电子会迁移到发光二极管的工作区与空穴复合，产生波长为I微米以下的近红外光子或者可见光光子。另外，太赫兹探測器可以为半导体量子阱太赫兹探测器。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进ー步详细说明图I显示了本专利技术的太赫兹上转换成像系统示意图之一，主要由太赫兹上转换器件(4)和硅基成像器件(6)这两部分组成，其中太赫兹上转换器件(4)将太赫兹光信号转换为近红外光子；上转换得到的近红外光子由硅基成像器件(6)进行接收探測。太赫兹上转换器件(4)和硅基成像器件(6)集成在一起，集成为ー个整体，经红外上转换器件上转换而获得的近红外光子可以直接耦合进入硅基光电探测或成像器件。具体的集成方法包括a.将太赫兹上转换器件的发光面和硅基光电探测或成像器件的光接受面进行打磨，然后通过晶片键合技术将这两个平面结合在一起；b.或者，将红外探測器LED的发光面和硅基光电探测或成像器件的光接受面进行打磨，然后将它们紧压在一起，中间只留有微米尺寸的间隙，在间隙见利用光胶(5)进行粘合；以下就说明基于光子频率上转换的太赫兹成像器件如何制备出来的方法。图3显示了本专利技术的晶片键合技术制备的太赫兹上转换器件的ー个实例，在GaAs衬底(7)上依次生长(8 )未掺杂的GaAs缓冲层(9) n型掺杂的GaAs下电极层( 10)势阱太赫兹量子级联激光器激活层，具体包括4. 8nm 厚度的 A本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于光子频率上转换的太赫兹成像器件，其特征在于，包括太赫兹上转换器件和硅基成像器件，其中，？太赫兹上转换器件：用于将太赫兹二维图像信号转换为近红外或者可见光二维图像信号;？？？？硅基成像器件：用于将转换得到的近红外或者可见光二维图像信号进行接收探测。
【技术特征摘要】
1.一种基于光子频率上转换的太赫兹成像器件，其特征在于，包括太赫兹上转换器件和硅基成像器件，其中， 太赫兹上转换器件用于将太赫兹ニ维图像信号转换为近红外或者可见光二维图像信号；硅基成像器件用于将转换得到的近红外或者可见光二维图像信号进行接收探測。2.如权利要求I所述的太赫兹成像器件，其特征在于，太赫兹上转换器件包括太赫兹探測器和发光二极管，其中太赫兹探測器用以实现对太赫兹光子的接收和探測，将太赫兹光信号转化为电信号，并将由所述太赫兹探测器所产生的光电子会迁移到发光二极管的エ 作区与空穴复合，产生波长为I微米以下的近红外光子或者可见光光子。3.如权利要求2所述的太赫兹成像器件，其特征在干，太赫兹探測器为半导体量子阱太赫兹探測器。4.如权利要求I所述的太赫兹成像器件，其特征在于，将太赫兹上转换器件的发光面和硅基光电探测或成像器件的光接受面进行打磨设置，再通过晶片键合技术将这两个平面结合在一起。5.如权利要求I所述的太赫兹成像器件，其特征在干，红外探測器LED的发光面和硅基光电探测或成像器件的光接受面进行打磨，将它们紧压在一起，中间只留有微米尺寸...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘惠春，杨耀，张月蘅，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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