[發明專利]一種分布作用太赫茲振蕩器

無效

• 申請號: 201010277765.1
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN102403180A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發明（設計）人: 王自成;劉青倫;劉濮鯤;董芳;李海強;徐安玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01J25/02
• 分類號: H01J25/02;H01J23/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及太赫茲(THz)電磁波源技術領域，是一種返波分布作用太赫茲振蕩器。

背景技術

近年來，人們對THz領域的研究在國內外都引起了極高的熱情。原因之一是許多遙遠的星體都輻射THz頻段的電磁波，以被動方式觀察星體輻射的射電天文望遠鏡需要THz電磁波源作為本振源。原因之二是許多物質的吸收峰在THz頻段，因此THz電磁波在物質特性、化學動力學及原子或分子內能量劃分與能量流動問題的研究方面存在大量機會。例如利用THz傳輸和遠紅外頻譜儀可以研究溶解的HCI的旋轉吸收譜。最后一個原因是軍事和氣象觀測應用，有文獻報道了一種工作于W波段的星載成像雷達。

無論要把太赫茲(THz)電磁波應用于何種用途，緊湊高效的THz電磁波源是根本。目前正在研究中的THz輻射源有固態振蕩器、量子級聯激光(QCL)、遠紅外氣體激光、激光驅動THz輻射器、各類自由電子激光(FEL)、微制造技術THz輻射器及返波管等傳統電真空器件。這些電磁波源從工作原理上可以分為如下幾類：(1)半導體THz源(包括THz量子級聯激光器等)；(2)基于光子學的THz發生器；(3)基于高能加速器的THz輻射源；(4)利用自由電子的THz輻射源(包括THz真空器件，電子回旋脈塞和自由電子激光)。

不同的用途對THz源可能提出不同的要求。有的要求輸出功率較大，有的要求有較合適的頻率。

分如下幾個方面介紹一下THz電磁波源的國內外現狀：

1、半導體太赫茲源

固態THz源具有小巧、價格低廉和頻率可調的特點，是人們希望的一種THz源。但半導體器件的工作頻率難于達到1THz以上，而半導體THz激光器，特別是THz量子級聯激光器是目前的發展重點之一。第一篇關于量子級聯激光的文章由Melvin?Lax等發表于1960年，其后于1994年起，Bell實驗室的J.Faist做了很多有益的工作(Science，264，22，1994)。在俄國這方面的工作也做了不少(Kazarinov，Sov.Phys.Semi.5，207，1971)，但實驗長期沒有突破。朗訊曾把QCL作為一個研發重點，但沒有結果。直至2002年由英國和意大利科學家獲得突破(Nature?417，156-159，2002)。

量子級聯激光器(QCL)是以異結構半導體(GaAs/AIGaAs)的導帶中的次能級間的躍遷為基礎的一種激光器。利用縱向光學聲子的諧振產生粒子數反轉。

2002年的結果是頻率4.4THz，溫度50K，脈沖功率20mW。

此后，很多國家都積極開展QCL的研究工作，采用了不同的材料。

到2004年，美國MIT最新的結果是：2.1THz，連續波功率1mW(溫度93K)，脈沖功率為20mW(溫度137K)。

到2005年，MIT?QCL已經用于THz成像，可見THz技術發展的速度比我們想象的要快得多。

在我國，中國電子集團南京55所，渡越雪崩二極管可以做到0.1THz。中國科學院上海微系統研究所和中國科學院半導體研究所，已開展QCL的研究工作并已作出一定的成果。

半導體THz輻射源已安排了一個專題報告進行詳細論述。

2、基于光子學的太赫茲輻射源

飛秒激光脈沖的發展給THz源帶來了很大的機遇。已經發展了很多基于飛秒激光脈沖和非線性光學晶體的THz激光源。

如THz光導天線、光整流、非線性差頻、THz參量振蕩器和放大器(TPG，TPO，TPA)和光學Cherenkov輻射等等。

這種方法產生的THz輻射，可以是脈沖的，也可以是連續波的。這方面的研究工作，我國天津大學等單位，也已開展了研究工作，并作出了一定的成果。

3、基于高能加速器的太赫茲源

近幾年來，隨著THz科學技術的迅速發展，人們發現利用各類電子加速器可以產生THz輻射。

自由電子激光(FEL)可工作于THz。2010年1月13一14日，在美國Honolulu召開的THz輻射源研討會上，報告了一篇用1MeV靜電加速器的FEL，可以在2mm到500微米，(0.15-6)THz，產生1kW的準連續波輸出，這一結果被認為是迄今為止最重要的成果之一。