[發明專利]一種復合式光電導天線及太赫茲波輻射源

無效

• 申請號: 201210229910.8
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN102868030A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 姜增公;施衛;楊匯鑫
• 申請（專利權）人: 西安理工大學;東莞市五峰科技有限公司
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q1/22
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于超高速電子學領域、超快光學領域及脈沖功率領域的交叉學科，涉及一種復合式光電導天線及基于該復合式光電導天線的太赫茲波輻射源。

背景技術

太赫茲波（THz）泛指波長介于紅外和微波之間（30μm-3mm）的電磁波。相比其他波段，太赫茲電磁波具有其獨特的瞬態性、寬帶性、相干性和低能性等特點，使其在物體成像、醫療診斷、環境監測、射電天文、寬帶移動通訊、衛星通訊和軍用雷達等領域具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。

THz波位于傳統的電子學與光學的交界處，這就意味著電子學方法、光學方法，或者是二者相結合的方法都可以運用到THz波的產生和探測中。例如，倍增電路太赫茲輻射源、半導體表面輻射太赫茲、光電導天線輻射太赫茲、光整流效應產生太赫茲、太赫茲自由電子激光器、量子級聯激光器等。其中，用光電導開關組成的微波源是一種超寬帶微波源，它是將光電導開關作為輻射天線，利用飛秒激光觸發光電導開關產生上升沿為亞納秒或皮秒量級的電脈沖，從而輻射太赫茲波。由于光電導開關可以直接把直流電源存儲的能量轉換成射頻電能輸出，無需電子束做媒質，因此，它具有體積小、結構簡單、可集成、重量輕、造價相對低廉等特點。另外，由于光電導天線輻射產生THz電磁波能量較高。用光電導開關作為天線產生太赫茲波成為目前產生太赫茲電磁波的常用方法之一。

現有光電導天線，其THz電磁波輻射的能量主要是來源于以偏置靜電場的形式儲存的能量。在天線材料和激光光強一定的情況下，光電導天線兩端的偏置電壓越高，其輻射THz電磁波的強度就越高。常用的光電導天線結構如偶極子天線、對數螺旋天線、大孔徑光電導天線等都是采用橫向開關結構，參見附圖1。該結構光電導開關電極位于光電導體同側，使得晶體表面暴露在全電場中，兩種材料交接面的擊穿強度顯著低于體擊穿強度，所以通常容易發生表面閃絡現象，影響開關的耐壓強度。對于本征擊穿電場強度為250kV/cm的GaAs光電導開關，在無絕緣保護且激光觸發的條件下，其沿面閃絡電壓甚至低于10kV/cm，這極大的限制了光電導天線的太赫茲輻射性能及其壽命。為了提高光電導天線的耐壓性能，人們往往采用增大電極間隙的方法、應用縱向結構或異面電極結構光電導開關，參見附圖2和圖3，或者對光電導開關使用絕緣保護。然而，這些方法雖然在一定程度上能提高開關的耐壓性，但是都存在一定的局限性，如由于光電導天線輻射太赫茲場峰值與電極間隙尺寸之間存在倒數平方的關系，因此，盲目的增大電極間隙反而會降低天線的太赫茲輻射功率；縱向結構和異面電極結構光電導開關天線制作困難；施加絕緣保護增加了光電導天線的制作及封裝難度，而且在實際應用中有諸多不便。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合式光電導天線，克服現有技術存在的不足，提高光電導天線的耐壓強度、通流能力和輻射功率。

本發明的另一個目的在于提供一種基于所述復合式光電導天線的太赫茲波輻射源。

本發明的目的是這樣實現的，一種復合式光電導天線，由光電導體、偶極天線和鉗制電極組成，所述偶極天線位于所述光電導體的上表面，呈橫向結構，所述鉗制電極位于所述光電導體的下表面且與所述偶極天線形成縱向結構，在所述光電導體上形成兩個光照區。

所述偶極天線的間距大于所述光電導體厚度的2倍。

所述鉗制電極的寬度大于所述偶極天線引腳電極的間距且小于所述偶極天線正面電極的總寬度。

本發明的另一個目的是這樣實現的，一種基于所述復合式光電導天線的太赫茲波輻射源，包括儲能電路、觸發光源及所述復合式光電導天線，所述儲能電路與所述復合式光電導天線連接，所述觸發光源由飛秒激光器、光纖分束器及兩根光纖組成，所述光纖分束器與所述兩根光纖相連并置于所述飛秒激光器前端，所述兩根光纖的出光端分別置于所述光電導體的兩個光照區上方。

所述儲能電路包括兩個串聯電容器、兩個限流電阻和直流電源，所述兩個限流電阻與所述直流電源串聯并與所述兩個串聯電容器并聯，所述兩個串聯電容器與所述偶極天線并聯，所述鉗制電極接在所述兩個串聯電容器中間形成橋式電路。

所述兩根光纖等長。

本發明具有如下有益效果：

1、本發明復合式光電導天線采用縱向結構開關進行電流傳導，橫向結構開關進行THz輻射。這使其不僅具有縱向結構開關擊穿電壓高、通流能力強的優點，還具有橫向結構天線制作簡單等優點，同時提高了光電導天線的輻射功率和使用壽命。