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标题: 光电导天线产生太赫兹波简介 [打印本页]

作者: salespsci 时间: 2011-11-2 11:11
标题: 光电导天线产生太赫兹波简介
本帖最后由 salespsci 于 2011-11-2 13:24 编辑

                                                         光电导天线产生太赫兹波简介
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                                                                     发布日期：2011-11-02
太赫兹( THz) 波是指波长范围为30μm ～3 mm( 0.1THz～10THz) 之间的电磁辐射, 其波段位于微波和红外光之间。20世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的太赫兹产生方法和检测手段，科学家对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限。近十几年来，超快激光技术的迅速发展,为太赫兹脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使太赫兹辐射的产生和应用得到了蓬勃发展。
光电导天线产生太赫兹波就是利用具有飞秒脉宽的超短激光脉冲触发光电半导体材料(如GaAs、InP等)，在这些半导体材料的表面瞬间激发出自由载流子。如果半导体表面存在电场(如外加偏置电场等)，被激发的自由载流子就会被加速，从而辐射出太赫兹波，如图1所示。

图1 光电导天线受激辐射示意图

利用光电导天线产生太赫兹波的基本原理是:在光电半导体材料表面淀积上金属电极制成偶极子天线结构。通过金属电极对这些光电半导体材料施加偏置电压。当超快激光(光子的能量要大于或者等于该种光电半导体材料的能隙)打在两电极之间的光电半导体材料上时，会在其表面瞬间(10-14s量级)产生大量的电子一空穴对。这些光生自由载流子就在外加偏置电场和内建电场的作用下做加速运动，从而在光电半导体材料的表面形成瞬变的光电流。最终，这种快速的、随时间变化的电流就会向外辐射出太赫兹波。
利用光电导天线方法产生太赫兹波发射系统的性能主要取决于三个因素:光电半导体材料、天线的几何结构和泵浦激光的脉冲宽度。光电半导体材料是产生太赫兹波的关键部件，对于性能良好的光电半导体材料，它应该具有高的载流子迁移率、低的载流子寿命和强的耐击穿能力。随着人们对光电导天线的深入研究，现在已开发出许多适宜制作光电导天线的光电半导体材料，如半绝缘砷化嫁(SI-GaAs)、磷化锢(InP)、低温生长的砷化嫁(LT-GaAs)等。
天线结构通常是由最初的Anston型偶极天线逐渐发展出来的偶极子天线（如图2所示）、共振偶极子天线、锥形端射天线、方形螺旋天线、对数周期天线、天线阵列(如图3所示)、大孔径光电导天线和小孔径光电导天线等。由于偶极子天线的结构相对比较简单，所以在大多数的利用光电导天线产生太赫兹波的实验中都是采用的这种天线结构。这种天线结构主要由三部分组成:平面偶极子，产生自由载流子的光电半导体材料和用作欧姆接触的两条共面传输线。光电导偶极子天线可以通过施加偏置电压来提高偶极子天线的激励电流，从而提高太赫兹波的发射功率。

图2 偶极子天线结构示意图图3 天线阵列结构示意图

光电导天线也可以制作成阵列式结构，这也是提高太赫兹波辐射功率的一种切实可行的方法。光电导天线阵列是将多个太赫兹天线组成阵列，每个阵元可以是偶极子天线，也可以是螺旋天线等等，但是每个阵元的类型、尺寸、辐射特性等必须完全相同，这样天线阵列的辐射场才能由各个阵元的辐射场在空间干涉而成。因此天线阵列的优点是可以获得比较大的发射功率和比较好的方向性，其波束方向也可以通过调节各阵元辐射电场相位的方法调节。
德国 Batop 公司的光电导天线即可用作太赫兹发生器，也可用作太赫兹探测器，其频率范围为0.1THz～3THz。其产品可应用在安全检查、医学成像、生产过程控制等领域。

图4 光电导天线实物照片

                                 图5 光电导天线结构示意图

图6 时域太赫兹光谱仪示意图

图7 测试结果

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作者: salespsci 时间: 2011-11-2 13:25

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