[發明專利]一種太赫茲光電導天線陣列及其用途

有效

• 申請號: 201810119701.5
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108365350B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 陳景源;林琦;徐玉蘭;林中晞;蘇輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所;中國科學院大學
• 主分類號: H01Q23/00
• 分類號: H01Q23/00;H01Q21/00;H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/22
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

本發明屬于太赫茲輻射技術領域，具體涉及一種太赫茲光電導天線陣列及其用途。本發明的太赫茲光電導天線陣列，在天線陣列中引入了扼流圈，阻止電流擴散到其他天線單元并減小寄生電容，提高了太赫茲光電導天線陣列的輸入電阻，提高了匹配效率和輻射效率。與沒有扼流圈的天線陣列相比，本發明的光電導天線陣列的輸入電阻得到顯著提高。較高的輸入電阻與低溫砷化鎵等半導體材料所構成的光照區電阻差距減小，提高了匹配效率和天線的輻射效率，增大了天線的輻射功率或探測靈敏度。

技術領域

本發明屬于太赫茲輻射技術領域，具體涉及一種太赫茲光電導天線陣列及其用途。

背景技術

太赫茲(0.1THz-10THz)輻射是電磁波領域里最后一段被研究開發的波段，其介于光子學領域和電子學領域之間，因為技術不成熟而被稱為“太赫茲間隙”。相比較于其他電磁波段，太赫茲具有獨特的性質，在醫療、安檢、材料等應用領域有著安全、穿透能力強等優點，具有很大的應用前景。以半導體材料為襯底的光電導天線的太赫茲發射源和探測器具有室溫工作、小型化、價格低等優點。把光電導天線做成陣列后還可以克服光飽和等問題而顯著提高太赫茲輻射功率。根據天線理論，設計傳統天線時需要使天線的輸入阻抗與傳輸線阻抗匹配才能有良好的輻射效率。類似的，在設計太赫茲光電導天線時，要使計算得到的輸入電阻盡量接近光照間隙區電阻。由于光電導天線所使用的半導體材料襯底的電阻率較高，因此光電導天線的光照間隙區電阻一般在10000歐姆以上而且難以降低。所以，設計太赫茲光電導天線的一個重點就在于提高天線的輸入電阻。比如，目前常用的蝶形天線經過軟件模擬計算得到的輸入電阻在幾百歐姆左右，與10000歐姆相差巨大，造成嚴重的阻抗失配，輻射效率很低。為了實現阻抗匹配，提高輻射效率，天線的形狀必須經過設計，使天線的輸入阻抗盡可能提高到接近10000歐姆。目前國內外的研究工作主要集中在提高單個天線的輸入電阻，在考慮天線陣列時，已有的工作一般是簡單的把單個天線按規則重復排列，沒有考慮到提高天線陣列的輸入阻抗。

發明內容

為了改善上述技術問題，本發明提出了一種太赫茲光電導天線陣列，包括天線單元、扼流圈和平行條紋導線。

根據本發明，所述天線單元可以為偶極天線；

根據本發明，所述天線單元可以平行排列，正負極通過平行條紋導線連接；

優選地，所述天線單元的排列方式可以為M行N列，M和N均是正整數；

優選地，每個所述天線單元左右兩邊都有扼流圈；

根據本發明，對于所述扼流圈的形狀沒有特別限制，例如其可以為三角形或矩形或梯形；

優選地，一個扼流圈可以分為上下兩部分，分別接在平行條紋導線上；

根據本發明，所述天線陣列和扼流圈可以由金屬蒸鍍在半導體襯底上；

根據本發明，所述半導體襯底可以為低溫砷化鎵、半絕緣砷化鎵、InP(磷化銦)等的一種或多種；

根據本發明，所述金屬可以為黃金、鈦鉑金、鋁等的一種或多種；

根據本發明，所述金屬蒸鍍的厚度可以為0.3～3微米，例如0.5微米；

所述扼流圈可以阻止電流擴散到其他相鄰天線，并減小寄生電容，從而提高在設計的工作頻段上天線的輸入電阻。

所述太赫茲光電導天線陣列工作時，將一束差頻連續光或飛秒脈沖通過微透鏡照到各天線單元的光照區，光照區的半導體材料被光激發，光生載流子產生太赫茲電場。

優選地，所述太赫茲光電導天線陣列的輸入阻抗比普通的天線陣列提高3倍以上，例如3-8倍。

一種輻射源，包括所述太赫茲光電導天線陣列，其中在所述天線正負極上加直流偏壓，將太赫茲電場通過天線轉化為太赫茲輻射。