CN113687463A - 一种太赫兹光电导天线 - Google Patents

一种太赫兹光电导天线 Download PDF

Info

Publication number
CN113687463A
CN113687463A CN202110969257.8A CN202110969257A CN113687463A CN 113687463 A CN113687463 A CN 113687463A CN 202110969257 A CN202110969257 A CN 202110969257A CN 113687463 A CN113687463 A CN 113687463A
Authority
CN
China
Prior art keywords
terahertz
photoconductive antenna
metal
lens
terahertz photoconductive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110969257.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113687463B (zh
Inventor
高飞
王驰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202110969257.8A priority Critical patent/CN113687463B/zh
Publication of CN113687463A publication Critical patent/CN113687463A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113687463B publication Critical patent/CN113687463B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
    • G02B6/1245—Geodesic lenses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1226—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths involving surface plasmon interaction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种太赫兹光电导天线，包括：透镜；沉底，所述沉底固定在所述透镜上；及基于赝表面的离子体极化激元的金属传输线，所述金属传输线附着在所述沉底上，所述金属传输线包括第一金属线和第二金属线，所述第一金属线和第二金属线结构相同，两者呈镜像布置且两者之间具有空隙，均包括一总线和电连接在所述总线上的多根子线；当泵浦光打到所述砷化镓沉底上时，所述金属传输线在偏置电压的作用下，产生太赫兹辐射，太赫兹辐射沿着半球型硅透镜方向辐射出。以解决传统太赫兹光电导天线中存在的传输线损耗抑制，导致太赫兹光电导天线辐射方向性差的问题。

Description

一种太赫兹光电导天线
技术领域
本发明属于太赫兹***领域，尤其涉及一种太赫兹光电导天线。
背景技术
太赫兹频段位于微波和红外波段之间，由于其位置的特殊性，使得该波段具有不同于微波和红外波段的独特优势，比如包含了丰富的光谱信息，辐射能量较低，稳定性好等等。
太赫兹源是太赫兹***中不可或缺的一个重要的组成部分，太赫兹光电导天线是目前使用最广泛地太赫兹源之一。相比于其他的传统的太赫兹源，太赫兹光电导天线具有尺寸小，在室温情况下工作，高信噪比，低光泵浦功率，和光纤集成等优点，仍然存在其他传统太赫兹源的缺点，就是辐射方向性差的挑战。
金属平面导电线结构是太赫兹光电导天线中必不可少的一部分，作用是用来加速载流子运动产生瞬态光电流，但这种金属平面导电线结构会带来传输线损耗，从而导致太赫兹光电导天线辐射方向性差。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种太赫兹光电导天线，以解决传统太赫兹光电导天线中存在的传输线损耗抑制，导致太赫兹光电导天线辐射方向性差的问题。
一种提高太赫兹光电导天线辐射方向性的设计，从而克服现有技术的缺陷。
本发明的设计主要针对太赫兹光电导天线的重要组成部分之一，金属平面导电线结构。由于金属平面导电线结构会引起传输线损耗的存在，从而使得太赫兹光电导天线的辐射方向性降低。因此抑制传输线损耗，提高工作性能，十分具有挑战性。
根据本发明实施例，提供的一种太赫兹光电导天线，包括：
透镜；
沉底，所述沉底固定在所述透镜上；及
基于赝表面的离子体极化激元的金属传输线，所述金属传输线附着在所述沉底上，所述金属传输线包括第一金属线和第二金属线，所述第一金属线和第二金属线结构相同，两者呈镜像布置且两者之间具有空隙，均包括一总线和电连接在所述总线上的多根子线；
当泵浦光打到所述砷化镓沉底上时，所述金属传输线在偏置电压的作用下，产生太赫兹辐射，太赫兹辐射沿着半球型硅透镜方向辐射出。
进一步地，所述透镜选用硅透镜或氧化镁透镜。
进一步地，所述沉底的材质为砷化镓(GaAs)或锑化铟(InSb)。
进一步地，所述子线垂直连接在所述总线上。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本发明采用基于赝表面的离子体极化激元的金属平面导电线进行设计，克服了由于传统金属天线带来的传输线损耗技术问题，进而达到了提高了太赫兹光电导天线的方向性的技术效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种太赫兹光电导天线的结构示意图。
图2是根据一示例性实施例示出的金属传输线中一个单元结构示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的单元结构色散曲线。
图4是图3中所示四个模式的沿着z方向的电场分布图。
图5是根据一示例性实施例示出的太赫兹光电导天线(PCA)辐射方向性增强谱线。
图中的附图标记有：
10、透镜；20、沉底；30、金属传输线；31、第一金属线；32、第二金属线；33、子线；40、泵浦光；50、偏置电压；60、太赫兹辐射。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
图1是根据一示例性实施例示出的一种太赫兹光电导天线的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供一种太赫兹光电导天线，可以包括：透镜10、沉底20、基于赝表面的离子体极化激元(SSPP)的金属传输线30，所述沉底20固定在所述透镜10上；所述金属传输线30附着在所述沉底20上，所述金属传输线30包括第一金属线31和第二金属线32，所述第一金属线31和第二金属线32结构相同，两者呈镜像布置且两者之间具有空隙，均包括一总线和电连接在所述总线上的多根子线33；当泵浦光40打到所述砷化镓沉底20上时，所述金属传输线30在偏置电压50的作用下，产生太赫兹辐射60，太赫兹辐射60沿着半球型硅透镜10方向辐射出。
由上述实施例可知，本发明采用基于赝表面的离子体极化激元(SSPP)的金属平面导电线进行设计，克服了由于传统金属天线带来的传输线损耗技术问题，进而达到了提高了太赫兹光电导天线的方向性的技术效果。
本实施例中，所述透镜10选用硅透镜10、氧化镁透镜10等。由于基底和空气的介电常数差别较大，大部分功率会损耗在基底中而导致光电导天线的辐射效率低，方向性差。增加硅透镜或氧化镁透镜可以有效将太赫兹辐射从沉底耦合到透镜从而辐射出去，提高太赫兹辐射的方向性。
本实施例中，所述沉底20的材质为砷化镓(GaAs)、锑化铟(InSb)等。根据半导体理论，当注入光电导的光子的能量超过版到底的禁带宽度的时候，光电导体就会产生载流子，在外加偏执电压的作用下就会产生太赫兹辐射。砷化镓和锑化铟等半导体材料具有耐压性好，开关速度高，电子迁移速率高等特点，作为太赫兹光电导天线装置组成部分，稳定性好，可靠性强。
本实施例中，图2是根据一示例性实施例示出的金属传输线30中一个单元结构示意图。所述子线33垂直连接在所述总线上。
具体地，相邻两根所述子线33的距离为亚波长尺度，可为p＝80-150微米，所述空隙的距离g＝3-20微米，所述第一金属线31的总线和第二金属线32的总线之间的距离是a＝20-120微米，所述总线的宽度是w＝2-13微米，所述子线33的宽度是b＝3-20微米。
优选地，所述p＝105微米，g＝15微米，a＝90微米，w＝10微米，b＝15微米。
图3是根据一示例性实施例示出的单元结构色散曲线。在确定占空比和尺寸之后，对所述金属传输线30中一个单元结构的本征色散曲线进行仿真，四个本证模式色散谱分布如图所示。
图4是图3中所示四个模式的沿着z方向的电场分布图。其中，模式1的在z方向电场图是关于中心轴y轴镜像对称；模式2的在z方向电场图是既关于中心轴x轴镜像对称又关于中心轴y轴镜像对称；模式3的在z方向电场图是关于中心轴x轴镜像对称；模式4的在z方向电场图是关于中心点对称。
本证模式分析确定抑制传输模式的禁止频带特征。
图5是根据一示例性实施例示出的太赫兹光电导天线辐射方向性增强谱线。
根据以上的赝表面的离子体极化激元(SSPP)的传输线结构的单元结构的色散分析之后，设计的太赫兹光电导天线辐射情况与在该尺度下传统的太赫兹光电导天线辐射情况对比结果，从结果中看出，抑制的传输线损耗，达到了获得到一个提高了太赫兹光电导天线的传输效率的频带的技术效果。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种太赫兹光电导天线，其特征在于，包括：
透镜；
沉底，所述沉底固定在所述透镜上；及
基于赝表面的离子体极化激元的金属传输线，所述金属传输线附着在所述沉底上，所述金属传输线包括第一金属线和第二金属线，所述第一金属线和第二金属线结构相同，两者呈镜像布置且两者之间具有空隙，均包括一总线和电连接在所述总线上的多根子线；
当泵浦光打到所述沉底上时，所述金属传输线在偏置电压的作用下，产生太赫兹辐射，太赫兹辐射沿着半球型硅透镜方向辐射出。
2.根据权利要求1所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述透镜选用硅透镜或氧化镁透镜。
3.根据权利要求1所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述沉底的材质为砷化镓或锑化铟。
4.根据权利要求1所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述子线垂直连接在所述总线上。
5.根据权利要求4所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，相邻两根所述子线的距离p为80-150微米。
6.根据权利要求5所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述空隙的距离g为3-20微米。
7.根据权利要求6所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述第一金属线的总线和第二金属线的总线之间的距离a为20-120微米。
8.根据权利要求7所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述总线的宽度w为2-13微米。
9.根据权利要求8所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述子线的宽度b为3-20微米。
10.根据权利要求9所述的一种太赫兹光电导天线，其特征在于，所述p＝105微米，g＝15微米，a＝90微米，w＝10微米，b＝15微米。
CN202110969257.8A 2021-08-23 2021-08-23 一种太赫兹光电导天线 Active CN113687463B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110969257.8A CN113687463B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 一种太赫兹光电导天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110969257.8A CN113687463B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 一种太赫兹光电导天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113687463A true CN113687463A (zh) 2021-11-23
CN113687463B CN113687463B (zh) 2022-09-23

Family

ID=78581985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110969257.8A Active CN113687463B (zh) 2021-08-23 2021-08-23 一种太赫兹光电导天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113687463B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000049402A (ja) * 1998-07-27 2000-02-18 Hamamatsu Photonics Kk テラヘルツ波発生装置
US20110127431A1 (en) * 2009-12-02 2011-06-02 Electronics And Telecommunications Research Institute PHOTOCONDUCTOR DEVICE HAVING POLYCRYSTALLINE GaAs THIN FILM AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
CN102637949A (zh) * 2012-04-27 2012-08-15 杭州电子科技大学 一种双偶极结构的双频太赫兹波天线
JP2012186430A (ja) * 2011-03-08 2012-09-27 Hiroshima Univ テラヘルツ波発生装置
CN104157985A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 中国科学院紫金山天文台 应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法
CN110690569A (zh) * 2019-09-10 2020-01-14 天津大学 在传输线上集成微结构的太赫兹光电导发射天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000049402A (ja) * 1998-07-27 2000-02-18 Hamamatsu Photonics Kk テラヘルツ波発生装置
US20110127431A1 (en) * 2009-12-02 2011-06-02 Electronics And Telecommunications Research Institute PHOTOCONDUCTOR DEVICE HAVING POLYCRYSTALLINE GaAs THIN FILM AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
JP2012186430A (ja) * 2011-03-08 2012-09-27 Hiroshima Univ テラヘルツ波発生装置
CN102637949A (zh) * 2012-04-27 2012-08-15 杭州电子科技大学 一种双偶极结构的双频太赫兹波天线
CN104157985A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 中国科学院紫金山天文台 应用于太赫兹频段焦平面阵列的椭球透镜天线设计方法
CN110690569A (zh) * 2019-09-10 2020-01-14 天津大学 在传输线上集成微结构的太赫兹光电导发射天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN113687463B (zh) 2022-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shi et al. High-speed, high-responsivity, and high-power performance of near-ballistic uni-traveling-carrier photodiode at 1.55-μm wavelength
CN106876418B (zh) 一种光电探测器阵列
Wu et al. Analytical modeling of a high-performance near-ballistic uni-traveling-carrier photodiode at a 1.55-μm wavelength
JP2002289906A (ja) 半導体受光素子、半導体受光装置及び半導体装置
CN114188426B (zh) 一种高带宽高响应度的光电探测器
US9276158B2 (en) Photodiode
CN113687463B (zh) 一种太赫兹光电导天线
Liao et al. Packaging of dual-mode wireless communication module using RF/optoelectronic devices with shared functional components
Carey et al. Millimeter wave photonic tightly coupled array
Chizh et al. High-speed high-power InAlAs/InGaAs/InP schottky photodiode
Beling et al. High-power and high-linearity photodiodes
Wu et al. High-performance evanescently edge coupled photodiodes with partially p-doped photoabsorption layer at 1.55-μm wavelength
Yashchyshyn et al. Study of active integrated photonic antenna
Collett et al. An optically tunable cavity-backed slot antenna
CN114709594A (zh) 一种圆极化太赫兹辐射源及激发方法
Yashchyshyn et al. Technologies and applications of microwave photonic antennas
Duan et al. High-Efficient Pixel Layout Arrangement in High-Speed 2-D Photodetector Array
Liao et al. Packaging of PIN photodiode on patch antenna for a dual-mode indoor RF/FSO receiver
JPH04263475A (ja) 半導体受光素子及びその製造方法
Hirata et al. Monolithically integrated Yagi-Uda antenna for photonic emitter operating at 120 GHz
WO2018170163A1 (en) Optically controlled waveguide probe based attenuator and modulator
WO2023207245A1 (zh) 光电探测器以及光芯片
Carey et al. Toward a Scalable Photonic Tightly Coupled Array for 5G Applications
US20240014336A1 (en) Light-receiving device having electromagnetic interference removal function
Jones et al. Tunable Photogenerated Silicon Plasma Monopole Antenna

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant