專利名稱：微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太赫茲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫 茲波調(diào)制裝置。
背景技術(shù)：
無線通信正面臨有限頻譜資源和迅速增長(zhǎng)的帶寬、高速業(yè)務(wù)需求的矛盾。
太赫茲(THz， lTHz二10E+12Hz)通信是指用太赫茲波作為信息載體進(jìn)行的空 間通信。因?yàn)樘掌澆ń橛谖⒉ê瓦h(yuǎn)紅外光之間，處于電子學(xué)向光子學(xué)的過渡 領(lǐng)域，所以它集成了微波通信與光通信的有點(diǎn)。相對(duì)于微波通信而言l)太赫茲 通信傳輸?shù)娜萘扛?。太赫茲波的頻段在O.lTHz到10THz之間，比微波通信 高出1 4個(gè)數(shù)量級(jí)，可提供高達(dá)10Gb/s的無線傳輸速率，比當(dāng)前的超寬帶技術(shù) 快幾百甚至上千倍；2)太赫茲波束更窄、方向性更好、可以探測(cè)更小的目標(biāo)以及 更精確地定為；3)太赫茲波具有更好的保密性及抗干擾能力，不受遠(yuǎn)方電子千擾 的影響，甚至第三方在當(dāng)?shù)匾埠茈y接收太赫茲通信信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)在2 5Km范 圍內(nèi)的保密通信；4)由于太赫茲波波長(zhǎng)相對(duì)更短，在完成同樣功能的情況下，天 線的尺寸可以做得更小，其他的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也可以做得更加簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。相對(duì)于 光通信而言l)用光子能量約為可見光的1/40的太赫茲波作為信息載體，能量 效率更高；2)太赫茲波具有更好的穿透沙塵煙霧的能力，它可以實(shí)現(xiàn)全天候的 工作。太赫茲波在通過大氣時(shí)，由于水蒸氣而導(dǎo)致的強(qiáng)吸收、低效率以及在目 前可選的太赫茲源中相對(duì)低發(fā)射功率會(huì)給太赫茲通信帶來明顯的不利影響，但 是，隨著高功率的太赫茲光源、高靈敏度的探測(cè)技術(shù)以及高穩(wěn)定性系統(tǒng)的日益 突破，占有很多優(yōu)勢(shì)的太赫茲通信必將指日可待。
目前，用來進(jìn)行太赫茲波通信的太赫茲波源主要有(1) Gunns二極管發(fā) 射的連續(xù)THz波。Gunns二極管輸出功率較高，但Gunns 二極管頻率不可調(diào)， 可用于固定頻率的太赫茲波通信。(2)量子級(jí)聯(lián)激光器。量子級(jí)聯(lián)激光器可能 在未來THz波通信中發(fā)揮重要作用，但目前其運(yùn)行還需要低溫冷卻(液氦或液 氮)，而且低頻輸出(<2THz)極為困難，頻率可調(diào)范圍小。(3)返波振蕩器 (BWO) 。 BWO的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)調(diào)諧及采用不同的返波管可選擇不同的輸出 頻率，其輸出頻率目前可覆蓋0.1 1.5THz，輸出波的空間質(zhì)量較好，可以用于 太赫茲波通信。目前BWO的應(yīng)用，或用于頻譜分析，或用于成像檢測(cè)，而將 BWO應(yīng)用于THz波通信，國(guó)內(nèi)外尚無這樣的技術(shù)。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲 波調(diào)制裝置。
微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置包括太赫茲波源、微帶共振結(jié)構(gòu)陣列、高 阻硅基體、太赫茲波探測(cè)器、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，在高阻硅基體上濺射有 微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣 列，并通過高阻硅基體調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測(cè)器傳出，在太赫茲波源 的同方向設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的激光發(fā)射方向
與太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波入射方向之間夾角為0° 30°，微帶共振結(jié)構(gòu)陣列 由多個(gè)微帶共振結(jié)構(gòu)單元組成，微帶共振結(jié)構(gòu)單元為圓形，圓形內(nèi)設(shè)有內(nèi)圓構(gòu) 成圓環(huán)，在圓環(huán)內(nèi)側(cè)直徑方向垂直設(shè)有兩矩形條，兩根矩形條將圓環(huán)平均分成 四份，在每份圓環(huán)的中心處開一個(gè)缺口。
所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的工作波長(zhǎng)為680 900nm，功率5 500mW， 調(diào)制速度為1Mb/s lGb/s。多個(gè)微帶共振結(jié)構(gòu)單元為30x30個(gè) 200x200個(gè)； 微帶共振結(jié)構(gòu)單元的直徑為50 10(Vm，厚度為200 1000mn。微帶共振結(jié)構(gòu) 陣列周期為50 70|im。高阻硅基體的折射率為3.4 3.8，厚度為0.4 1.0mm， 電阻率為1000 10000Qcm。微帶共振結(jié)構(gòu)單元的圓環(huán)寬度為3 6pm，矩形條 的寬度為3 6pm，缺口直徑為l 2pm。太赫茲波源為返波振蕩器BWO。太赫 茲波探測(cè)器為肖基特二極管。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置具有調(diào)制速度快，調(diào) 制帶寬大，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，容易加工，操作簡(jiǎn)單方便，對(duì)太赫茲波偏振不 敏感，滿足太赫茲波高速通信需求。

圖1 (a)是微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置示意圖； 圖1 (b)是微帶共振結(jié)構(gòu)陣列分布示意圖； 圖1 (c)是微帶共振結(jié)構(gòu)單元示意圖2 (a)是可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā)出激光時(shí)，在高阻硅基體上的微帶 共振結(jié)構(gòu)陣列產(chǎn)生諧振，對(duì)太赫茲波產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收，由太赫茲波源發(fā)出的太 赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，0.87THz頻率的太赫茲波無法通過高阻硅 基體傳到太赫茲波探測(cè)器，太赫茲波探測(cè)器探測(cè)情況示意圖2 (b)是可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光射入到微帶共振結(jié)構(gòu)陣列時(shí)， 高阻硅基體產(chǎn)生光生載流子，在高阻硅基體上微帶共振結(jié)構(gòu)陣列不再產(chǎn)生諧振，對(duì)太赫茲波的吸收很弱，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)
構(gòu)陣列，0.87THz頻率的太赫茲波通過高阻硅基體，調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波 探測(cè)器傳出，太赫茲波探測(cè)器探測(cè)情況示意圖中太赫茲波源l、微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2、高阻硅基體3、太赫茲波探測(cè) 器4、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5。
具體實(shí)施方式

如圖1所示，微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置包括太赫茲波源1、微帶共振 結(jié)構(gòu)陣列2、高阻硅基體3、太赫茲波探測(cè)器4、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5，在 高阻硅基體3上濺射有微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2，由太赫茲波源1發(fā)出的太赫茲波垂 直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2，并通過高阻硅基體3調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波 探測(cè)器4傳出，在太赫茲波源l的同方向設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5，可調(diào)制 的半導(dǎo)體激光器5的激光發(fā)射方向與太赫茲波源1發(fā)出的太赫茲波入射方向之 間夾角為0° 30°，微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2由多個(gè)微帶共振結(jié)構(gòu)單元組成，微帶共 振結(jié)構(gòu)單元為圓形，圓形內(nèi)設(shè)有內(nèi)圓構(gòu)成圓環(huán)，在圓環(huán)內(nèi)側(cè)直徑方向垂直設(shè)有 兩矩形條，兩根矩形條將圓環(huán)平均分成四份，在每份圓環(huán)的中心處開一個(gè)缺口。
所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5的工作波長(zhǎng)為680 900nm，功率5 500mW，調(diào)制速度為1Mb/s lGb/s。多個(gè)微帶共振結(jié)構(gòu)單元為30x30個(gè) 200x200個(gè)；微帶共振結(jié)構(gòu)單元的直徑為50 100)im，厚度為200 1000nm。微 帶共振結(jié)構(gòu)陣列2周期為50 7(Vm。高阻硅基體3的折射率為3.4 3.8，厚度 為0.4 1.0mm，電阻率為1000 10000Qcm。微帶共振結(jié)構(gòu)單元的圓環(huán)寬度為 3 6(im，矩形條的寬度為3 6|mi，缺口直徑為1 2(xm。太赫茲波源1為返波 振蕩器BWO。太赫茲波探測(cè)器4為肖基特二極管。
微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制方法是當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5不發(fā)出激 光時(shí)，在高阻硅基體3上的微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2產(chǎn)生諧振，對(duì)太赫茲波產(chǎn)生很 強(qiáng)的吸收，由太赫茲波源1發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2，無 法通過高阻硅基體3傳到太赫茲波探測(cè)器4;當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5發(fā)出的 激光射入到微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2時(shí)，高阻硅基體3產(chǎn)生光生載流子，在高阻硅 基體3上微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2不再產(chǎn)生諧振，對(duì)太赫茲波的吸收很弱，由太赫 茲波源1發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2，通過高阻硅基體3調(diào) 制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測(cè)器4傳出；利用可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5控制射 入到微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2上的激光，從而控制高阻硅基體3產(chǎn)生光生載流子， 最后控制在高阻硅基體3上制作的微帶共振結(jié)構(gòu)陣列2的諧振，實(shí)現(xiàn)把信號(hào)加載到太赫茲波上。
本實(shí)用新型的工作過程為選擇Microtech公司出售的返波振蕩器BWO作 為太赫茲源，計(jì)算機(jī)控制BWO輸出太赫茲波在0.6-0.9THz頻段內(nèi)改變，選取 微帶共振結(jié)構(gòu)陣列的諧振太赫茲頻率，太赫茲源發(fā)出諧振頻率的連續(xù)太赫茲波。 在可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā)出激光時(shí)，在高阻硅基體上的微帶共振結(jié)構(gòu)陣列 產(chǎn)生諧振，對(duì)太赫茲波產(chǎn)生很強(qiáng)的吸收，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳 播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，微帶共振結(jié)構(gòu)陣列的諧振頻率太赫茲波無法通過高阻 硅基體傳到太赫茲波探測(cè)器，此時(shí)，利用BWO自帶的肖特基二極管太赫茲波探 測(cè)器探測(cè)不到微帶共振結(jié)構(gòu)陣列的諧振頻率太赫茲波；當(dāng)可調(diào)制的半導(dǎo)體激光 器發(fā)出激光射入到微帶共振結(jié)構(gòu)陣列時(shí)，高阻硅基體產(chǎn)生光生載流子，在高阻 硅基體上微帶共振結(jié)構(gòu)陣列不再產(chǎn)生諧振，對(duì)太赫茲波的吸收很弱，由太赫茲
波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，微帶共振結(jié)構(gòu)陣列的諧振 頻率太赫茲波通過高阻硅基體，調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測(cè)器傳出，此時(shí)， 利用BWO自帶的肖特基二極管太赫茲波探測(cè)器可以探測(cè)到微帶共振結(jié)構(gòu)陣列 的諧振頻率太赫茲波。因此，利用可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器控制射入到微帶共振 結(jié)構(gòu)陣列上的激光，從而控制高阻硅基體產(chǎn)生光生載流子，最后控制在高阻硅 基體上制作的微帶共振結(jié)構(gòu)陣列的諧振，實(shí)現(xiàn)把信號(hào)加載到太赫茲波上。 實(shí)施例
0.87THz頻率的太赫茲波調(diào)制
選擇Microtech出售的BWO作為太赫茲源，其中返波管型號(hào)選為QS1-900 ov81 (頻率在0.6-0.9THz頻段可調(diào)諧)，計(jì)算機(jī)控制BWO輸出波在0.6-0.9THz 頻段內(nèi)改變。選擇太赫茲通信用的太赫茲波頻率為0.87THz，可調(diào)制的半導(dǎo)體激 光器的工作波長(zhǎng)為680nm，功率50mW，可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的激光發(fā)射方 向與太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波入射方向之間夾角為15°。微帶共振結(jié)構(gòu)單元為 60x60個(gè)；微帶共振結(jié)構(gòu)單元的直徑為80pm，厚度為300nm。微帶共振結(jié)構(gòu)陣 列周期為55pm。高阻硅基體的折射率為3.6，厚度為0.5mm，電阻率為10000Qcm。 微帶共振結(jié)構(gòu)單元的圓環(huán)寬度為5pm，矩形條的寬度為4pm，缺口直徑為2pm。 獲得可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā)出激光時(shí)，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直 傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，0.87THz頻率的太赫茲波無法通過高阻硅基體傳到太 赫茲波探測(cè)器，太赫茲波探測(cè)器探測(cè)情況如附圖2 (a);可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器 發(fā)出激光射入到微帶共振結(jié)構(gòu)陣列時(shí)，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳播 至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，0.87THz頻率的太赫茲波通過高阻硅基體，調(diào)制的太赫茲 波經(jīng)太赫茲波探測(cè)器傳出，太赫茲波探測(cè)器探測(cè)情況如附圖2 (b)。該光控微帶 共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置的消光比為50dB，調(diào)制速度達(dá)到1Gb/s。
權(quán)利要求1.一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于包括太赫茲波源(1)、微帶共振結(jié)構(gòu)陣列(2)、高阻硅基體(3)、太赫茲波探測(cè)器(4)、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)，在高阻硅基體(3)上濺射有微帶共振結(jié)構(gòu)陣列(2)，由太赫茲波源(1)發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列(2)，并通過高阻硅基體(3)調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測(cè)器(4)傳出，在太赫茲波源(1)的同方向設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)，可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)的激光發(fā)射方向與太赫茲波源(1)發(fā)出的太赫茲波入射方向之間夾角為0°～30°，微帶共振結(jié)構(gòu)陣列(2)由多個(gè)微帶共振結(jié)構(gòu)單元組成，微帶共振結(jié)構(gòu)單元為圓形，圓形內(nèi)設(shè)有內(nèi)圓構(gòu)成圓環(huán)，在圓環(huán)內(nèi)側(cè)直徑方向垂直設(shè)有兩矩形條，兩根矩形條將圓環(huán)平均分成四份，在每份圓環(huán)的中心處開一個(gè)缺口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于 所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)的工作波長(zhǎng)為680 900nm，功率5 500mW， 調(diào)制速度為1Mb/s lGb/s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于 所述的多個(gè)微帶共振結(jié)構(gòu)單元為30x30個(gè) 200x200個(gè)；微帶共振結(jié)構(gòu)單元的 直徑為50 100|mi，厚度為200 1000nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在 于所述的微帶共振結(jié)構(gòu)陣列(2)周期為50 70pm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于 所述的高阻硅基體(3)的折射率為3.4 3.8，厚度為0.4 1.0mm，電阻率為 1000 10000Qcm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在于 所述的微帶共振結(jié)構(gòu)單元的圓環(huán)寬度為3 6pm，矩形條的寬度為3 6nm，缺 口直徑為1 2pm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在 于所述的太赫茲波源(1)為返波振蕩器BWO。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征在 于所述的太赫茲波探測(cè)器(4)為肖基特二極管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微帶共振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置。包括太赫茲波源、微帶共振結(jié)構(gòu)陣列、高阻硅基體、太赫茲波探測(cè)器、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，在高阻硅基體上濺射有微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶共振結(jié)構(gòu)陣列，并通過高阻硅基體調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測(cè)器傳出，在太赫茲波源的同方向設(shè)有可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的激光發(fā)射方向與太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波入射方向之間夾角為0°～30°，微帶共振結(jié)構(gòu)陣列由多個(gè)微帶共振結(jié)構(gòu)單元組成。本實(shí)用新型具有調(diào)制速度快，調(diào)制帶寬大，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，容易加工，操作簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)太赫茲波偏振不敏感，滿足太赫茲波高速通信需求。
文檔編號(hào)H04B10/155GK201397432SQ20092012011
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者李九生 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院