[發明專利]一種基于共面波導結合晶體管的太赫茲波調制器

有效

• 申請號: 201610023356.6
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105652475B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 張雅鑫;孫翰;趙運成;梁士雄;楊梓強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G02F1/01
• 分類號: G02F1/01
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

該發明公開了一種基于共面波導結合晶體管的太赫茲波快速調制器，屬于電磁功能器件技術領域，重點針對太赫茲波段的快速動態功能器件。通過直波導腔體導入太赫茲波，然后通過探針結構將太赫茲波耦合到本器件的核心部分晶體管結合共面波導(CPW)的結構上，該結構是由三根金屬線結合半導體襯底構成的懸置共面波導與共面波導相鄰金屬傳輸帶之間加入的Metamaterials單元嵌套HEMT復合結構調制單元陣列結構組成。通過控制調制單元的通斷改變太赫茲波在CPW中的傳輸特性，從而實現對太赫茲波的快速幅度和相位調制，最終再通過探針?波導結構將調制后的THz傳輸出去。可有效的對太赫茲波進行高效、快速幅度調制。

技術領域

該發明屬于電磁功能器件技術領域，重點針對太赫茲波段的快速動態功能器件，用于太赫茲波調制器、太赫茲波開關、太赫茲移向器。

背景技術

而作為太赫茲通信系統中最為關鍵的核心技術之一，太赫茲波動態功能器件—太赫茲外部調制器如今成為太赫茲科學技術研究領域的重點。目前國際上均采用準光的方式對太赫茲外部調制器進行研究，但這種方式插損大、單元結構多、調制速率難以提高，因此目前為止，都未能實現對在空間中傳播的太赫茲波的快速調制。專利201510894480.5公開了一種基于共面波導結合晶體管的太赫茲波快速調制器，包括：輸入直波導、共面波導、輸出直波導；所述共面波導包括基板及位于基板上的饋線，饋線包括輸入段、傳播段、輸出段；所述傳播段包括：中央饋線、位于中央饋線兩側的諧振饋線；將饋線的輸入段設置于輸入直波導中，輸出段設置于輸出直波導中；其特征在于共面波導的中央饋線外接一電壓輸入線，諧振饋線與中央饋線之間設置至少1個晶體管，通過外接電壓控制晶體管的通斷。這一調制器實現了共面波導微帶線上傳輸的太赫茲波的傳輸特性進行控制，以此實現對特定頻率傳播的太赫茲波幅度的高速調控。然而這一調制器使用的調制單元為單個晶體管結合諧振單元結構，調制速率受限制與晶體管本身工作效率。并且該結構為簡單的偶極子震蕩結構，調制深度較低；本身可設計修改參數較少，而且會因為加工中裝配誤差等導致諧振位置產生偏移。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種通過外加電壓信號實現對太赫茲波快速動態調控的調制器，可有效的對太赫茲波進行高效、快速幅度調制。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：通過直波導腔體導入太赫茲波，然后通過探針結構將太赫茲波耦合到本器件的核心部分晶體管結合共面波導(CPW)的結構上，該結構是由三根金屬線結合半導體襯底構成的懸置共面波導與共面波導相鄰金屬傳輸帶之間加入的Metamaterials單元嵌套HEMT復合結構調制單元陣列結構組成。通過控制調制單元的通斷改變太赫茲波在CPW中的傳輸特性，從而實現對太赫茲波的快速幅度和相位調制，最終再通過探針-波導結構將調制后的THz傳輸出去。

因而本發明一種基于共面波導結合晶體管的太赫茲波調制器，包括：輸入直波導、共面波導、輸出直波導；所述共面波導包括基板及位于基板上的饋線，饋線包括輸入段、傳播段、輸出段；所述傳播段包括：中央饋線、位于中央饋線兩側的諧振饋線；將饋線的輸入段設置于輸入直波導中，輸出段設置于輸出直波導中；共面波導的中央饋線外接一電壓輸入線，諧振饋線與中央饋線之間設置至少1個晶體管調制單元，通過外接電壓控制晶體管調制單元的通斷，其特征在于所述晶體管調制單元包括：帶開口的諧振環、摻雜異質結構、柵極饋線，短饋線；其中帶開口的諧振環通過短饋線與諧振饋線相連；摻雜異質結構設置于諧振環的開口處，連接開口兩端；柵極饋線一端設置于摻雜異質結構上且不與諧振環挨接，另一端連接中央饋線。

進一步的，所述共面波導的中央饋線的兩側各設置3個晶體管調制單元。

進一步的，所述共面波導基板材料為AsGa、AlGaN、SiC或GaN。

進一步的，所述摻雜異質結構的材料為AlGaN/GaN、InGaN/GaN、AlGaAs/GaAs、AlGaAs/InGaAs或AlGaAs/InGaAs/InP。