一种太赫兹光电导天线

1.本发明属于太赫兹系统领域，尤其涉及一种太赫兹光电导天线。


背景技术：

2.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。
3.太赫兹源是太赫兹系统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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.一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。
7.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。
8.根据本发明实施例，提供的一种太赫兹光电导天线，包括：
9.透镜；
10.沉底，所述沉底固定在所述透镜上；及
11.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；
12.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。
13.进一步地，所述透镜选用硅透镜或氧化镁透镜。
14.进一步地，所述沉底的材质为砷化镓(gaas)或锑化铟(insb)。
15.进一步地，所述子线垂直连接在所述总线上。
16.本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
17.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。
18.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
19.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。
20.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。
21.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。
22.图3是根据一示例性实施例示出的单元结构色散曲线。
23.图4是图3中所示四个模式的沿着z方向的电场分布图。
24.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。
25.图中的附图标记有：
26.10、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
27.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。
28.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。
29.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。
30.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。
31.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。
32.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。
33.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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.本证模式分析确定抑制传输模式的禁止频带特征。
39.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。
40.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。
41.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。
42.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。