一种复合式光电导天线及太赫兹波辐射源制造技术

一种复合式光电导天线及太赫兹波辐射源，其特征在于：由光电导体、偶极天线和钳制电极组成，所述偶极天线位于所述光电导体的上表面，呈横向结构，所述钳制电极位于所述光电导体的下表面且与所述偶极天线形成纵向结构，在所述光电导体上形成两个光照区。本发明专利技术复合式光电导天线不仅具有纵向结构开关击穿电压高、通流能力强的优点，还具有横向结构天线制作简单等优点，同时也提高了光电导天线的使用寿命。本发明专利技术太赫兹波辐射源采用桥式电路为对称结构的复合式光电导天线充电，且两纵向开关同步触发，减少了电路自身对能量的消耗，达到最大效率的辐射太赫兹波。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超高速电子学领域、超快光学领域及脉冲功率领域的交叉学科，涉及一种复合式光电导天线及基于该复合式光电导天线的太赫兹波辐射源。
技术介绍
太赫兹波(THz)泛指波长介于红外和微波之间(30 μ m-3mm)的电磁波。相比其他波段，太赫兹电磁波具有其独特的瞬态性、宽带性、相干性和低能性等特点，使其在物体成像、医疗诊断、环境监测、射电天文、宽带移动通讯、卫星通讯和军用雷达等领域具有重大的科学价值和广阔的应用前景。THz波位于传统的电子学与光学的交界处，这就意味着电子学方法、光学方法，或者是二者相结合的方法都可以运用到THz波的产生和探测中。例如，倍增电路太赫兹辐射 源、半导体表面辐射太赫兹、光电导天线辐射太赫兹、光整流效应产生太赫兹、太赫兹自由电子激光器、量子级联激光器等。其中，用光电导开关组成的微波源是一种超宽带微波源，它是将光电导开关作为辐射天线，利用飞秒激光触发光电导开关产生上升沿为亚纳秒或皮秒量级的电脉冲，从而辐射太赫兹波。由于光电导开关可以直接把直流电源存储的能量转换成射频电能输出，无需电子束做媒质，因此，它具有体积小、结构简单、可集成、重量轻、造价相对低廉等特点。另外，由于光电导天线辐射产生THz电磁波能量较高。用光电导开关作为天线产生太赫兹波成为目前产生太赫兹电磁波的常用方法之一。现有光电导天线，其THz电磁波辐射的能量主要是来源于以偏置静电场的形式储存的能量。在天线材料和激光光强一定的情况下，光电导天线两端的偏置电压越高，其辐射THz电磁波的强度就越高。常用的光电导天线结构如偶极子天线、对数螺旋天线、大孔径光电导天线等都是采用横向开关结构，参见附图I。该结构光电导开关电极位于光电导体同侦牝使得晶体表面暴露在全电场中，两种材料交接面的击穿强度显著低于体击穿强度，所以通常容易发生表面闪络现象，影响开关的耐压强度。对于本征击穿电场强度为250kV/cm的GaAs光电导开关，在无绝缘保护且激光触发的条件下，其沿面闪络电压甚至低于lOkV/cm，这极大的限制了光电导天线的太赫兹辐射性能及其寿命。为了提高光电导天线的耐压性能，人们往往采用增大电极间隙的方法、应用纵向结构或异面电极结构光电导开关，参见附图2和图3，或者对光电导开关使用绝缘保护。然而，这些方法虽然在一定程度上能提高开关的耐压性，但是都存在一定的局限性，如由于光电导天线辐射太赫兹场峰值与电极间隙尺寸之间存在倒数平方的关系，因此，盲目的增大电极间隙反而会降低天线的太赫兹辐射功率；纵向结构和异面电极结构光电导开关天线制作困难；施加绝缘保护增加了光电导天线的制作及封装难度，而且在实际应用中有诸多不便。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合式光电导天线，克服现有技术存在的不足，提高光电导天线的耐压强度、通流能力和辐射功率。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于所述复合式光电导天线的太赫兹波辐射源。本专利技术的目的是这样实现的，一种复合式光电导天线，由光电导体、偶极天线和钳制电极组成，所述偶极天线位于所述光电导体的上表面，呈横向结构，所述钳制电极位于所述光电导体的下表面且与所述偶极天线形成纵向结构，在所述光电导体上形成两个光照区。所述偶极天线的间距大于所述光电导体厚度的2倍。所述钳制电极的宽度大于所述偶极天线引脚电极的间距且小于所述偶极天线正面电极的总宽度。 本专利技术的另一个目的是这样实现的，一种基于所述复合式光电导天线的太赫兹波辐射源，包括储能电路、触发光源及所述复合式光电导天线，所述储能电路与所述复合式光电导天线连接，所述触发光源由飞秒激光器、光纤分束器及两根光纤组成，所述光纤分束器与所述两根光纤相连并置于所述飞秒激光器前端，所述两根光纤的出光端分别置于所述光电导体的两个光照区上方。所述储能电路包括两个串联电容器、两个限流电阻和直流电源，所述两个限流电阻与所述直流电源串联并与所述两个串联电容器并联，所述两个串联电容器与所述偶极天线并联，所述钳制电极接在所述两个串联电容器中间形成桥式电路。所述两根光纤等长。本专利技术具有如下有益效果I、本专利技术复合式光电导天线采用纵向结构开关进行电流传导，横向结构开关进行THz辐射。这使其不仅具有纵向结构开关击穿电压高、通流能力强的优点，还具有横向结构天线制作简单等优点，同时提高了光电导天线的辐射功率和使用寿命。2、本专利技术太赫兹波辐射源，采用桥式电路为对称结构的复合式光电导天线充电，且两纵向开关同步触发，减少了电路自身对能量的消耗，达到最大效率的辐射太赫兹波，在太赫兹产生领域具有很高的实用价值和重要意义。附图说明图I为现有光电导天线横向开关结构；图2为现有光电导天线纵向开关结构；图3为现有光电导天线异面电极结构；图4为本专利技术复合式光电导天线正面结构示意图；图5为本专利技术复合式光电导天线背面结构示意图；图6为本专利技术太赫兹波辐射源结构示意图；图7为本专利技术太赫兹福射源等效电路不意图；图中，I.光电导体，2.偶极天线引脚电极，3.偶极天线，4.光照区，5.钳制电极，6.光纤分束器，7.光纤，8.飞秒激光器，9.电容器，10.限流电阻，11.直流电源，L1.偶极天线的间距，L2.偶极天线引脚电极的间距，L3.偶极天线正面电极的总宽度，w.钳制电极宽度，h.光电导体厚度。具体实施例方式一种复合式光电导天线，参见附图4、图5，由光电导体I、偶极天线3和钳制电极5组成，偶极天线3位于光电导体I的上表面，呈横向结构，钳制电极5位于光电导体I的下表面且与偶极天线3形成纵向结构，光电导体I上有两个光照区4。本专利技术复合式光电导天线采用纵向结构开关进行电流传导，横向结构开关进行THz辐射。这使其不仅具有纵向结构开关高耐压、大通流的优点，还具有横向结构天线制作简单等优点，同时该设计也将提高光电导天线的使用寿命。为了更好的辐射太赫兹波，光电导天线芯片应满足以下基本条件I)光电导体应该具有尽可能短的载流子寿命、高载流子迁移率和介质击穿强度。半绝缘砷化镓(SI-GaAs)、低温生长的砷化镓(LT-GaAs)、InP、金刚石等均可例如采用半绝缘GaAs:EL2，其电子迁移率为5500cm2/V · s，载流子寿命典型值为200ps，本征击穿场强 >250kV/cm ο光电导天线的电极接触为欧姆接触，是用电子束蒸发工艺淀积Au/Ge/Ni合金，经退火处理与GaAs半导体形成欧姆接触。2)为尽可能发挥复式结构光电导天线耐压能力强的优势，偶极天线3的间距L1大于2倍光电导体I厚度h，即L1Uh,参见图5。3)考虑到光照面积和纵向开关的导通，将钳制电极5设置于光电导体I背面的中央，钳制电极5宽度w大于偶极天线3引脚电极2的间距L2且小于偶极天线3正面电极的总宽度L3,即w满足L2〈w〈L3，参见图4。基于本专利技术复合式光电导天线的太赫兹波辐射源，参见附图6，包括储能电路、触发光源及复合式光电导天线，储能电路与复合式光电导天线连接，触发光源由飞秒激光器8、光纤分束器6及两根等长的光纤7组成，光纤分束器6与两根等长光纤7相连并置于飞秒激光器8前端，两根等长光纤7的出光端分别置于光电导体I的两个光照区4上方。储能电路包括两个串联电容器9、两个限流电阻10和直流电源11，两个限流电阻10与直流电源11串联并与两个串联电容器9并联，两个串联电容器9与偶极天线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合式光电导天线，其特征在于：由光电导体（1）、偶极天线（3）和钳制电极（5）组成，所述偶极天线（3）位于所述光电导体（1）的上表面，呈横向结构，所述钳制电极（5）位于所述光电导体（1）的下表面且与所述偶极天线（3）形成纵向结构，在所述光电导体（1）上形成两个光照区（4）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜增公，施卫，杨汇鑫，
申请(专利权)人：西安理工大学，东莞市五峰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：