[發明專利]THz天線陣列的制作方法

有效

• 申請號: 201410412325.0
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104332718B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 梁松;朱洪亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;G02B6/125
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及光電子器件領域，特別涉及一種THz天線陣列的制作方法。?

背景技術

頻率在0.1-10THz(1THz＝1012Hz)范圍內的電磁波被稱為太赫茲(THz)波。由于其在電磁波譜中的特殊位置，THz波在物理、化學、天文學、生命科學和醫藥科學等基礎研究領域，以及安全檢查、醫學成像、環境監測、食品檢驗、射電天文、無線通信和武器制導等應用研究領域均具有巨大的科學研究價值和廣闊的應用前景。THz波的產生是THz科學技術發展和應用的關鍵。在眾多種類的THz源中，基于半導體光混頻器件的THz源同時具有低成本、結構緊湊、室溫工作等優點，有助于促進THz技術在科研及日常生活中的普及應用，近年來受到越來越多的關注。在這種THz源中，兩束不同頻率的光在半導體混頻器中混頻，所產生的THz信號由與混頻器電極相連接的THz天線發射出去。?

對有限的單元天線輸出功率，制作天線陣列是大幅度提高THz波輸出功率的有效途徑。假設位于r_j處的陣列單元的電場為：?

其中為相對相位。如果驅動光束在各個陣列單元間的光程差遠小于光源的相干長度，則每個陣列單元的輻射彼此相干(由于可用做光源的DFB激光器的線寬在MHz數量級，其相干長度長達數米，所以這個要求很容易滿足)。如果在空間處所有的陣列單元輻射的相位都為2π的整數倍，即?

則各個陣列單元的輻射發生相長干涉，總強度為，?

如果每個陣列單元的輻射強度相等，則所以，對于由N個單元組成的陣列天線，輻射強度增加了N×N倍，而不只是N倍。?

Preu等人(S.Preu，et?al.，Proc.SPIE?6194，(2006)13)和Shimizu等人(N.Shimizu，et?al.，IEEE?Photonics?Technology?Letters，18(2006)743)分別制作了基于低溫GaAs光電導開關的3×3單元THz源陣列和基于面入射單行載流子探測器(UTC-PD)的3×3單元THz天線陣列。相關測試實驗表明，雖然單片集成THz陣列的輻射強度較單元器件有所增加并且波束變窄，但是遠未到達理論預期的結果。在上述基于面入射UTC-PD的THz陣列輻射源中，泵浦光通過1∶9星形耦合器分成九份之后分別垂直照射9個天線單元。星形耦合器功率分配不均勻以及光纖與UTC-PD對準困難使陣列天線優點無法充分發揮。在上述基于GaAs光電導開關的THz陣列輻射源中，微透鏡陣列被用來將在自由空間中傳輸的激發光聚焦到陣列單元，由于難于將透鏡焦點與陣列單元對準并且微透鏡參數存在誤差，陣列單元接收到的輻射強度也很不均勻，嚴重限制了陣列性能的提高。?

可見，單元混頻器件的面入射方式使泵浦光很難被均勻的分配和高效的利用，是導致單片集成THz陣列輻射源性能不佳的主要原因。?

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種THz天線陣列的制作方法，該方法使泵浦光能夠被均勻分配和高效利用的THz天線陣列，以得到高性能THz天線陣列器件。?

本發明提供一種THz天線陣列的制作方法，包括如下步驟：?

1)選擇一襯底；?

2)在襯底上依次生長緩沖層、無源波導層、光耦合層、折射率匹配層、光吸收層、包層和接觸層材料；?

3)依次刻蝕接觸層、包層、光吸收層及折射率匹配層材料至光耦合?層，刻蝕的形狀為四邊形結構，其為光混頻器波導；?

4)在光混頻器波導上部的接觸層之上制作電極，在其兩側的光耦合層上制作電極；?

5)刻蝕光耦合層，刻蝕深度至無源波導層形成楔形光耦合波導；?

6)刻蝕無源波導層至緩沖層，形成1×N分光器、輸入波導及無源波導，形成基片；?

7)在基片上制作THz天線，完成制備。?

本發明的有益效果是，其是利用與光混頻器集成的分光器將激發光均勻高效的輸送到各個陣列單元，可以顯著的提高陣列THz天線的性能。?

附圖說明

為了進一步說明本發明的內容，一下結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的描述，其中：?

圖1是本發明公開的THz天線陣列結構示意圖；?

圖2是本發明實施例單元InP基光混頻器結構示意圖；?

圖3是本發明實施例行波型天線示意圖；?

圖4是本發明實施例集總型天線示意圖；?

圖5是本發明實施例凝視型THz天線陣列示意圖；?

具體實施方式