一种太赫兹光电导天线及调节方法与流程

1.本技术涉及无线电计量和测试技术领域，尤其涉及一种太赫兹光电导天线及调节方法。


背景技术：

2.太赫兹波通常是指频率在(0.1～10)thz范围内的电磁波。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置，具有宽带性、方向性、有选择的传输穿透性、指纹特性等独特性质，所以基于太赫兹原理的测量系统在宽带通信、医学成像、无损检测、安检等领域具有很高的应用价值。
3.太赫兹源是太赫兹测量系统中的核心组成部件，主要可以通过光电导、光整流、电光效应等物理原理实现，不同原理的天线能实现的指标、研制成本以及使用便捷程度都有着很大的差别，从当前应用的角度出发，光电导形式的太赫兹天线最为常用。传统太赫兹光电导天线大多采用空间光激励，在实际使用时对光学环境的要求较高的同时操作也较为复杂。新型的光纤型太赫兹光电导天线大多通过精密机械结构直接封装成型，难以确定聚焦到太赫兹天线模块光导激励区的激光焦距是否合适，且难以进行芯片替换或二次调整，极大地限制了太赫兹光电导天线的开发与技术进步。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种太赫兹光电导天线及调节方法，解决了现有技术中确定聚焦到太赫兹天线模块光导激励区的激光焦距是否合适的问题。
5.本技术实施例还提供一种太赫兹光电导天线，包含激光源模块、激光分束单元、激光汇聚单元、太赫兹天线模块和成像单元。所述激光分束单元，用于透射激光源模块输出的激光至激光汇聚单元，并反射激光汇聚单元回送的激光。所述激光汇聚单元，用于聚焦激光分束单元透射的激光至太赫兹天线模块的光导激励区，接收太赫兹天线模块反射的激光。所述太赫兹天线模块，包含太赫兹天线芯片，用于接收和反射激光汇聚单元聚焦的激光，接收激光用于产生或探测太赫兹信号，反射激光至激光汇聚单元。所述成像单元，接收激光分速器反射的激光，并生成投影图像。
6.进一步地，所述激光源模块包含光纤和光纤准直器。所述光纤用于输出激光。所述光纤准直器用于将光纤输出的激光转换为发散角较小的空间激光。
7.进一步地，所述太赫兹天线模块还包含太赫兹汇聚透镜。所述太赫兹汇聚透镜安装在太赫兹天线芯片远离激光源模块一侧，用于将太赫兹天线芯片产生的太赫兹信号辐射出去或者汇聚外部辐射的太赫兹信号至太赫兹天线模块。
8.进一步地，还包含调节组件。所述调节组件，用于调节激光汇聚单元和太赫兹天线模块的距离和相对位置。
9.优选地，所述反射方向和透射方向呈90度角。
10.优选地，所述成像单元为ccd相机。所述ccd相机，接收太赫兹天线模块反射回激光
分束单元，并被激光分束单元反射的激光，形成被激光照亮的太赫兹天线芯片金属结构部分的成像。
11.优选地，所述太赫兹汇聚透镜是由次半球与圆柱组成的子弹型透镜。所述太赫兹天线模块固定在圆柱远离次半球一侧的底面圆心上。
12.进一步地，还包含若干平行的限位梁。所述光纤准直器、激光分束单元、激光汇聚单元和太赫兹天线模块上均开有与限位梁相对应的通孔。所述限位梁连接上述元件，限位上述元件在激光源模块入射方向以外方向的位移，使光路保持在一条直线上。
13.进一步优选地，所述限位梁一端固定连接激光源模块，另一端固定连接太赫兹天线模块。激光源模块和太赫兹天线模块形成笼式结构限位中间的其他元件。
14.本技术还提供一种太赫兹光电导天线调节方法，使用上述任意实施例所述太赫兹光电导天线，包含步骤：
15.开启激光源模块，观察成像单元上被激光照亮的所述太赫兹天线芯片金属结构部分成像的激光光斑大小及相对位置。
16.控制调节组件，调节激光汇聚单元和太赫兹天线模块的距离和相对位置，从而调节成像单元上激光光斑的大小和相对位置。
17.本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果。
18.本发明所述技术方案优点在于先通过所述笼式结构确定了分结构之间的相对位置，再通过所述激光分束单元将入射到所述太赫兹天线芯片表面的激光反射到ccd相机中，使操作者可以实时观察所述太赫兹天线芯片与激光光斑的相对位置以及激光光斑的大小，并能通过所述激光汇聚单元的单轴调节激光的入射焦距，从而调节激光光斑的大小，同时可以通过二维调节单元对太赫兹天线芯片与激光光斑的相对位置进行微米尺度的精细调整。由于整体结构由笼式结构连接，因此也可将所述二维调节单元上固定的太赫兹天线部件取下并进行更换，极大减小了太赫兹天线的封装调节成本。
附图说明
19.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
20.图1为本技术一种太赫兹光电导天线实施例结构图；
21.图2为本技术一种太赫兹光电导天线调节方法实施例流程图。
具体实施方式
22.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.以下结合附图，详细说明本技术各实施例提供的技术方案。
24.图1为本技术一种太赫兹光电导天线实施例结构图。
25.一种太赫兹光电导天线，包含激光源模块1、激光分束单元2、激光汇聚单元3、太赫兹天线模块4和成像单元(图中为示出)。
26.所述激光源模块包含光纤11和光纤准直器12。所述光纤用于输出激光。
27.光纤准直器，用于连接光纤并将光纤中的激光转换为空间光输出。即将光纤输出的激光转换为发散角较小的空间激光。
28.例如，由于所述太赫兹天线芯片为光纤型，因此外部激光激励的波长为1550nm，所选用的光纤准直器为空气隙三合透镜型光纤准直器，这种准直器可以提供比非球面透镜准直器更优异的光束质量，能够将光纤中的激光转换为发散角较小的空间激光。
29.所述激光分束单元，用于透射激光源模块输出的激光至激光汇聚单元，并反射激光汇聚单元回送的激光。透射方向与反射方向不平行。需要说明的是，此处的“反射”，也可以采用折射。
30.需要说明的是，所述反射方向和透射方向不平行，两者夹角可以呈任意角度，但若是角度过小，则可能会需要延伸至远处才能安装成像单元，因此两者之间夹角应更接近90度角，而为了激光分束单元内部安装方便，优选地，所述反射方向和透射方向呈90度角。
31.例如，激光分束单元，用于透射传输所述光纤准直器输出的激光，并将从光电导天线芯片表面反射回的激光传输到ccd相机中。所述激光分束单元选用的是可契合笼式结构的分束立方，分束比例为50:50，匹配激光为1550nm。这种分束立方透射方向与反射方向之间的夹角为90度，透射方向与所述激光准直器输出的激光方向相同，激光从所述光纤准直器出射后，透射穿过所述激光分束单元进入所述激光汇聚单元中，由所述激光汇聚单元汇聚到所述太赫兹天线芯片后沿原路径反射回来，反射回的激光通过所述激光汇聚单元后入射到所述激光分束单元，沿激光透射方向的90度反射到ccd相机中，ccd相机中就可以观察到被激光照亮的所述太赫兹芯片金属结构部分。
32.所述激光汇聚单元，用于聚焦激光分束单元透射的激光至太赫兹天线模块的光导激励区，接收太赫兹天线模块反射的激光。
33.激光汇聚单元，用于汇聚从所述笼式激光分束单元中透射出的激光，使激光聚焦到太赫兹天线芯片的光导激励区。
34.例如，所述激光汇聚单元包括镀有双面增透膜的非球面透镜、非球面透镜转接件以及笼式单轴调节结构。通过所述激光分束单元即可在ccd相机中观察到激光在太赫兹天线芯片上的光斑大小。
35.所述太赫兹天线模块，包含太赫兹天线芯片41，用于接收和反射激光汇聚单元聚焦的激光，接收激光用于产生或探测太赫兹信号，反射激光至激光汇聚单元。
36.所述太赫兹天线芯片，用于产生太赫兹信号或探测太赫兹信号，当用于产生太赫兹信号时由所述太赫兹天线芯片相连的同轴电缆加载电压信号，当用于探测太赫兹信号时由所述太赫兹天线芯片相连的同轴电缆输出电流信号。
37.例如，所述太赫兹天线芯片选用ingaas/inalas超晶格结构作为天线半导体基底，蝶形金属结构作为天线辐射电极。当天线芯片用作产生太赫兹信号时，天线芯片表面被激光激励时会产生光生载流子，光生载流子在同轴电缆所加电压的驱动下运动产生太赫兹辐射。当天线芯片用作探测太赫兹信号时，天线芯片表面被激光激励时会产生光生载流子，光生载流子在探测到的太赫兹电场的作用下运动形成光电流，光电流由同轴电缆输出。
38.所述太赫兹天线模块还包含太赫兹汇聚透镜。所述太赫兹汇聚透镜安装在太赫兹天线芯片远离激光源模块一侧，用于将太赫兹天线芯片产生的太赫兹信号辐射出去或者汇
聚外部辐射的太赫兹信号至太赫兹天线模块。
39.太赫兹汇聚透镜，用于辐射或汇聚太赫兹信号。当所述太赫兹天线芯片用于产生太赫兹信号时，可将所述太赫兹天线芯片产生的太赫兹信号向外辐射。当所述太赫兹天线芯片用于探测太赫兹信号时，可将外部辐射的太赫兹信号汇聚到所述太赫兹天线芯片表面。由于太赫兹辐射的过程中发散角较大。若样品体积较小且不对出射的太赫兹信号加以汇聚，太赫兹信号辐射到样品表面的能量就会很小。同理，如果不对需要探测的太赫兹信号加以汇聚，所述太赫兹天线芯片上接收到的太赫兹信号能量就会很少，采集数据的信噪比就会极低，有用信息会淹没在噪声中。
40.例如，选择子弹型透镜作为太赫兹汇聚透镜，子弹型结构由次半球与圆柱组成，将太赫兹天线芯片贴在子弹型透镜远离次半球一侧的底面圆心处，并以紫外胶固定。透镜材料选择高阻单晶硅，该材料对太赫兹辐射的吸收极小，能保证太赫兹辐射在穿过太赫兹汇聚透镜后损耗较小。因此优选的，所述太赫兹汇聚透镜是由次半球与圆柱组成的子弹型透镜。所述太赫兹天线模块固定在圆柱远离次半球一侧的底面圆心上。
41.所述成像单元，接收激光分速器反射的激光，并生成投影图像。
42.优选地，所述成像单元为ccd相机。所述ccd相机，接收太赫兹天线模块反射回激光分束单元，并被激光分束单元反射的激光，形成被激光照亮的太赫兹天线芯片金属结构部分的成像。
43.进一步地，还包含调节组件5。所述调节组件，用于调节激光汇聚单元和太赫兹天线模块的距离和相对位置。
44.所述调节组件包含位于激光汇聚单元上的笼式单轴调节结构51，笼式单轴调节结构可调整激光汇聚单元上非球面透镜与太赫兹天线芯片之间的相对距离，从而以合适的焦距将激光聚焦到所述太赫兹天线芯片的光导激励区上。
45.所述调节组件包含位于太赫兹天线单元的二维调节单元52，用于调整所述激光汇聚单元聚焦的激光与太赫兹天线芯片的光导激励区之间的相对位置。
46.例如，可以选择可契合笼式结构的xy平移调节架，xy平移调节架中心留有圆孔，由于所述太赫兹汇聚透镜是子弹型结构，子弹型结构的圆柱部分可以很好地与平移调节架的中心圆孔相匹配。
47.还包含若干平行的限位梁6和笼式结构笼板7。所述光纤准直器、激光分束单元和太赫兹天线模块上均开有与限位梁相对应的通孔。所述激光汇聚单元由于宽度较窄，因此需要安装在与激光分束单元和太赫兹天线模块宽度相当的笼式结构笼板上，所述笼式结构笼板上开有相应的通孔，所述限位梁连接上述元件，限位上述元件在激光源模块入射方向以外方向的位移，使光路保持在一条直线上。
48.所述限位梁一端固定连接激光源模块，另一端固定连接太赫兹天线模块。激光源模块和太赫兹天线模块形成笼式结构限位中间的其他元件。
49.所述笼式结构，用于连接所述光纤准直器、激光分束单元、激光汇聚单元与太赫兹天线二维调节单元，使所述元件的中心在同一条水平线上。
50.图2为本技术一种太赫兹光电导天线调节方法实施例流程图。
51.一种太赫兹光电导天线调节方法，使用上述任意实施例所述太赫兹光电导天线，包含步骤：
52.步骤101、开启激光源模块，观察成像单元上被激光照亮的所述太赫兹天线芯片金属结构部分成像的激光光斑大小及相对位置。
53.使操作者可以实时观察所述太赫兹天线芯片与激光光斑的相对位置以及激光光斑的大小。
54.步骤102、控制调节组件，调节激光汇聚单元和太赫兹天线模块的距离和相对位置，从而调节成像单元上激光光斑的大小和相对位置。
55.通过所述激光汇聚单元的单轴调节激光的入射焦距，从而调节激光光斑的大小，同时可以通过二维调节单元对太赫兹天线芯片与激光光斑的相对位置进行微米尺度的精细调整。
56.本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
57.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。