CN101661942B

CN101661942B - 太赫波产生器件和使用太赫波产生器件的装置

Info

Publication number: CN101661942B
Application number: CN2009101659585A
Authority: CN
Inventors: 井辻健明
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2029-08-20
Also published as: JP5328265B2; US8153999B2; EP2159877A1; US20100044597A1; CN101661942A; JP2010050399A

Abstract

本发明公开一种太赫波产生器件和太赫波产生装置。所提供的太赫波光学器件可被用作太赫波产生器件，该太赫波光学器件包含：光学开关部分，通过用激发光照射来突然产生载流子；以及第一电极部分和第二电极部分，被设置为彼此相对而光学开关部分在它们之间，以沿光学开关部分的厚度方向施加电场。第一电极部分至少部分地包含天线部分，所述天线部分具有沿与电场施加方向相交的方向分布通过用激发光照射而产生的载流子的天线功能。利用该太赫波光学器件，用于调整激发光的入射角的步骤被简化。

Description

太赫波产生器件和使用太赫波产生器件的装置

技术领域

本发明涉及诸如通过用激发光(excitation light)照射来产生太赫(terahertz)波的太赫波产生器件的太赫波光学器件。另外，本发明涉及诸如使用太赫波产生器件的太赫波产生装置的装置。

背景技术

太赫波是具有0.03THz～30THz的范围中的任意频带的电磁波。在太赫波带中，存在取决于诸如生物分子的各种物质的结构和状态的许多独特的吸收区域。开发了利用上述的特性在不破坏物质的同时执行物质的分析或识别的检查技术。另外，太赫波被期待应用于不使用X射线的安全成像技术和高速通信技术。

为了实现这些技术，促进产生太赫波的技术的开发是重要的要素之一。近年来，作为产生太赫波的技术，在Appl.Phys.Lett.59，3357(1991)中公开了利用PIN光电二极管的太赫波产生器件。该太赫波产生器件具有如下结构：电极被设置为夹着用作载流子产生部分的PIN光电二极管层，由此沿PIN光电二极管层的厚度方向施加电场。然后，沿相对于电场施加方向的斜方向照射脉冲束，并因此产生太赫波。太赫波的强度取决于向产生的载流子施加的电场的强度。利用该器件结构，载流子产生部分的膜厚被调整，以调整电极之间的距离。结果，可以向载流子容易地施加较强的电场，并因此可提供高强度太赫波产生器件。

通过伴随载流子的迁移的偶极辐射(dipole radiation)产生太赫波，所述载流子是通过用激发光照射而突然产生的。在这种情况下，在沿偶极方向的延长线上不存在太赫波的电场或磁场的分量，因此难以沿电场的施加方向辐射太赫波。因此，在诸如Appl.Phys.Lett.59，3357(1991)中公开的器件的、沿载流子产生部分的厚度方向施加电场的常规太赫波产生器件中，已广泛采用沿太赫波产生器件的斜方向照射激发光的方法。另外，已知：激发光的入射角还取决于器件结构，并且，存在可获得最大辐射效率的角度。根据这些事实，用于调整照射太赫波产生器件的激发光的入射角的步骤变得有必要，并且由此光学调整会变得复杂。取决于要提供的装置形式，可能需要改善这种复杂的调整。

发明内容

鉴于上述的问题，根据本发明的一个方面的太赫波光学器件包含：光学开关部分，用于通过激发光来突然产生载流子(在典型的情况下为瞬间导通的)；以及第一电极部分和第二电极部分，被设置为彼此相对而光学开关部分被设置在它们之间，从而沿光学开关部分的厚度方向施加电场。第一电极部分至少部分地包含具有天线功能的天线部分，并且，天线部分沿与电场的施加方向相交的方向分布由激发光产生的载流子。利用该结构，激发光从第二电极部分侧照射相对于天线部分被定位以使得载流子可结合(couple)到天线部分的照射区域，同时从第一电极部分侧发射太赫波。

另外，鉴于上述问题，根据本发明的一个方面，通过用激发光照射来发射太赫波的太赫波产生装置包括：太赫波光学器件；偏置(bias)施加部分，用于经由第一电极部分和第二电极部分沿光学开关部分的厚度方向施加电场；和激发光产生部分，用于产生对照射区域进行照射的激发光。利用该结构，激发光从第二电极部分侧照射相对于天线部分被定位以使得载流子可结合到天线部分的照射区域，同时从第一电极部分侧发射太赫波。

并且，鉴于上述的问题，根据本发明的另一方面，可被用作太赫波产生器件的太赫波光学器件包含：光学开关部分，通过用激发光照射来突然产生载流子；以及第一电极部分和第二电极部分，被设置为彼此相对而光学开关部分在它们之间，从而沿光学开关部分的厚度方向施加电场。并且，第一电极部分至少部分地包含天线部分，所述天线部分具有沿与电场的施加方向相交的方向分布通过用激发光照射而产生的载流子的天线功能。

并且，根据本发明的再一个方面的太赫波产生器件包含：载流子产生部分，用于通过照射的激发光产生载流子；第一电极，被设置到载流子产生部分并包含天线部分；和第二电极，被设置为经由载流子产生部分与第一电极相对，其中，天线部分产生太赫波，所述太赫波具有沿载流子产生部分的面内方向的电场分量。

并且，根据本发明的另一方面的太赫波产生装置包括：上述的太赫波产生器件；激发光产生部分，用于向太赫波产生器件的第二电极侧照射激发光，从而将载流子结合到天线部分；和电压施加部分，用于向第一电极和第二电极施加电压，以使所述电压被沿基本垂直于载流子产生部分的面内方向的方向施加，其中，从太赫波产生器件的第一电极侧产生太赫波。

根据本发明的太赫波光学器件，天线部分沿与电场的施加方向相交的方向调整由光泵激(optical pumping)引起的载流子的分布。因此，例如，伴随载流子的迁移的偶极方向会倾斜(偶极方向会与光学开关部分的厚度方向相交)，由此可沿电场的施加方向产生和发射太赫波。结果，例如，在太赫波产生器件中激发光不需要沿斜方向进入。因此，能够获得简化或消除调整激发光的入射角的步骤的效果。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1A和图1B是示出根据本发明的实施例1和例子1的太赫波产生器件或光学器件的结构的示图。

图1C是示出根据实施例1和例子1的太赫波产生器件和太赫波产生装置的结构的示图。

图2A和图2B是示出关于根据实施例1的太赫波产生器件的第一电极部分中形成的天线部分的另一形式的示图。

图2C是示出关于根据实施例1的太赫波产生器件的第一电极部分的另一形式的示图。

图3A是示出根据本发明的实施例2和例子2的太赫波产生器件和太赫波产生装置的结构的示图。

图3B是示出关于根据实施例2的太赫波产生器件的光电二极管的形状的示图。

图4A和图4B是示出根据本发明的实施例3的太赫波产生器件或光学器件的结构的示图。

图4C是示出根据实施例3的太赫波产生器件和太赫波产生装置的结构的示图。

图4D是示出关于根据实施例3的太赫波产生器件的第二电极部分中形成的采光(lighting)部分的另一形式的示图。

图5A和图5B是示出根据本发明的实施例4的太赫波产生器件的结构的示图。

具体实施方式

以下描述本发明的实施例。对于本发明的诸如产生器件的太赫波光学器件来说，重要的事情是：沿光学开关部分的厚度方向施加电场，以及，具有天线功能的天线部分具有用于沿与电场施加方向相交的方向分布由激发光产生的载流子的结构。基于这种构思，根据本发明的基本实施例的太赫波光学器件包含：光学开关部分，用于通过激发光来突然产生载流子；以及第一电极部分和第二电极部分，被设置为彼此相对而光学开关部分被设置在它们之间，从而沿光学开关部分的厚度方向施加电场。并且，第一电极部分至少部分地包含具有天线功能的天线部分。天线部分具有用于沿与电场施加方向相交的方向分布由激发光产生的载流子的结构。由此，激发光从第二电极部分侧被照射到相对于天线部分被定位以使得载流子可结合到天线部分的照射区域，同时沿与光学开关部分的厚度方向相交的方向产生偶极，并因此从第一电极部分侧发射太赫波。

另外，基于类似的构思，根据本发明的基本实施例的被用作产生器件等的太赫波光学器件包含：光学开关部分，通过用激发光照射来突然产生载流子；以及第一电极部分和第二电极部分，被设置为经由设置在它们之间的光学开关部分彼此相对。并且，第一电极部分至少部分地包含具有天线功能的天线部分，用于沿与电场施加方向相交的方向分布通过用激发光照射而产生的载流子。

在上述的基本结构的前提下，各个部分的结构、布置等可具有各种形式。例如，如在后面描述的实施例1中那样，天线部分可包含沿与光学开关部分的厚度方向相交的方向延伸的边缘，并且，激发光的照射区域可位于该边缘的附近。另外，如在后面描述的实施例3中那样，第二电极部分可部分包含用于采取(take)激发光的采光部，并且，采光部可被定位为当从光学开关部分的厚度方向观察时与激发光的照射区域重叠。另外，如在后面描述的实施例1中那样，第一电极部分可包含用于向天线部分施加电场的细线部分，并且，细线部分可被设置为使得其纵向与太赫波的电场分量的方向相交。并且，如在后面描述的实施例4中那样，构成光学器件的多组元件可被集成，并且，可从第二电极部分侧向多组元件的照射区域集体地照射激发光。

下面，参照附图描述可实现本发明的构思的更加具体的实施例。

(实施例1)

实施例1涉及根据本发明的太赫波光学器件。另外，实施例1还涉及可驱动该器件的太赫波产生装置。

图1A和图1B是示出根据本实施例的器件的示意性结构的示图。这里，图1A是太赫波光学器件的顶视图，而图1B是太赫波光学器件的底视图。如图1A和图1B所示，太赫波产生器件101包含光学开关部分102、第一电极部分103和第二电极部分104。在第一电极部分103的一部分中形成天线部分105和细线部分106。天线部分105、细线部分106等限定在空间和器件之间执行的电磁波能量的变换的特性。典型地，如后面描述的那样，天线部分105和细线部分106用作用于外部地提取太赫波的阻抗变换器(天线)。

光学开关部分102是用于通过外部进入的激发光产生载流子的部分。当使用脉冲束作为激发光时，光学开关部分102通过激发光变成瞬间导通的。这里，重要的不是光泵激载流子的短寿命，而是载流子的突然产生。作为激发光，可以使用在来自两个光源的光束之间具有差频的连续光(连续光自身通过太赫区域中的频率被调制)。载流子的行为改变太赫波的辐射特性。

作为光学开关部分102的结构，能够应用对于激发光具有吸收特性的半导体材料或半导体器件。作为这样的半导体材料，包含砷化镓(GaAs)、砷化铟镓(InGaAs)等。这里，被用作光学开关部分102的半导体材料有时可被称为光电导膜。另外，作为半导体器件，能够应用诸如具有由激发光引起的整流作用的光电二极管的器件。根据激发光的波长和产生的载流子的期望的行为(由半导体材料等的载流子迁移率等确定)，适当地选择半导体材料和半导体器件的器件结构。

第一电极部分103和第二电极部分104被设置为彼此相对，而光学开关部分102被设置在它们之间。这些电极部分被用于沿光学开关部分102的厚度方向施加电场。该电场确定在光学开关部分102中产生的载流子的迁移的方向和速度。第一电极部分103和第二电极部分104各由导电材料制成。例如，作为这些电极部分的材料，可以使用诸如金(Au)的金属材料。另外，能够应用半导体材料和金属材料的组合结构，所述半导体材料具有通过掺杂杂质而调整的导电性。作为这样的半导体材料，例如，包含其中掺杂锡(Sn)的磷化铟(InP)。

在本实施例中，在第一电极部分103的一部分中形成天线部分105。如图1A和图1B所示，天线部分105具有基本上与第一电极部分103隔离(isolate)的形状。

作为天线部分的另一形式，如图2A和图2B所示，能够采用除去与天线部分705对应的部分的电极材料的形式。图1A和图1B中所示的天线部分105用作补片天线(patch antenna)，而图2A和图2B中所示的天线部分705用作隙缝(slot)天线。当由光泵激的载流子引起的电流沿天线部分705的边缘分布时，图2A和图2B中所示的天线部分705用作包含第一电极部分103的天线。换句话说，第一电极部分103的整体可被视为天线部分705。在这种情况下，电流以激发光的照射区域107或其附近为起点沿天线部分705的边缘振荡。因此，在图2A和图2B的水平方向上，沿相反方向的振荡电流彼此抵消。仅保留由沿图2A和图2B的垂直方向的、相同方向的振荡电流引起的偶极，并且，产生基本上沿图2A和图2B的垂直方向延伸的偶极。因此，沿基本上垂直于图平面的方向发射在图2A和图2B中由附图标记108表示的电场分量方向的太赫波。

图2A和图2B所示的形式也可被应用于图1A和图1B中所示的天线部分的形式。具体而言，留下补片天线的补片部分(与天线部分105对应)，但除去其它部分(与细线部分和框形部分对应)，由此通过探针等从外部直接向补片部分施加偏置。利用该结构，第一电极部分103的整体可被视为天线部分105。

另外，虽然在图1A和图1B中天线部分105被第一电极部分103包围，但是，能够采用如图2C所示的第一电极部分803不包围天线部分105的形状。换句话说，只要可沿光学开关部分102的厚度方向施加电场，并且由光泵激引起的载流子可沿与电场施加方向相交的方向分布，包含天线部分的第一电极部分和第二电极部分就可具有任何的形式。

在图1A和图1B所示的本实施例中，激发光被照射到与天线部分105部分地重叠的区域。这里，该区域可被称为激发光的照射区域107。天线部分105与第一电极部分103类似地具有导电性，并且因此在光学开关部分102中产生的载流子沿天线部分105分布。换句话说，载流子沿与通过第一电极部分103和第二电极部分104施加的电场的方向相交的方向分布。当天线部分105被设为充分地大于光学开关部分102的厚度时，沿天线部分105的方向在载流子的分布方向中变为主导性的。

在图1A和图1B所示的实施例中，与对图2A和图2B中所示的形式的描述类似，由光泵激载流子引起的电流以激发光的照射区域107或其附近为起点沿天线部分105的边缘振荡。因此，在图1A和图1B的垂直方向上，沿相反方向的振荡电流彼此抵消。仅保留由沿图1A和图1B的水平方向的、相同方向的振荡电流引起的偶极，并且，产生基本上沿图1A和图1B的水平方向延伸的偶极。因此，沿基本上垂直于图平面的方向发射在图1A和图1B中由附图标记108表示的电场分量方向的太赫波。

在本实施例中，天线部分105具有沿与光学开关部分102的厚度方向相交的方向延伸的边缘，并且，激发光的照射区域107被设置在该边缘附近。但是，形式不限于此。如果照射区域接近天线部分使得由光泵激引起的载流子可结合到天线部分，那么就够了。因此，只要保证这种作用，照射区域就可稍微离开天线部分或者可与天线部分基本上重叠。

如上所述，天线部分105用作用于外部地提取太赫波的阻抗变换器(天线)，并且因此天线部分105具有基本上对应于产生的太赫波的波长的尺寸。对其它实施例同样如此。

在本实施例中，细线部分106是用于将第一电极部分103电连接到形成在第一电极部分103的一部分中的天线部分105的部分。从太赫波产生器件产生的电磁波不仅可产生自天线部分105，而且可产生自与天线部分105连接的电极。取决于太赫波产生器件的结构，可沿细线部分106产生电磁波，并且因此希望细线部分106的长度充分地大于天线部分105的尺寸。例如，希望细线部分106的长度相对于天线部分105作为天线工作的波长为几十倍或更大。结果，从细线部分106产生的电磁波的波长可比从天线部分105产生的太赫波的波长大一个数量级(a digit order)。因此，可根据波长容易地分开电磁波。

另外，当细线部分106相对于太赫波的电场分量方向108倾斜时，电场分量的偏振(polarization)方向可相互倾斜。结果，通过偏振容易地分开电磁波，由此可容易地去除不想要的电磁波分量。当细线部分106的纵向与太赫波的电场分量方向108垂直时，这种通过偏振控制的电磁波的分开具有最大的效果。在这样构建的太赫波产生器件中，从用于施加电场的细线部分106产生的不想要的电磁波分量相对于太赫波的电磁波分量以斜的方式传播。因此，容易去除不想要的电磁波分量。但是，在图1A和图1B所示的结构中，细线部分106的纵向不与太赫波的电场分量方向108垂直，而是倾斜45度的角度。该形式基于使细线部分106在相同的器件尺寸中尽可能长的设计意图。

图1C是沿图1A的交替的长短划线AA′获取的太赫波产生器件的截面，并且示出包含太赫波产生器件的太赫波产生装置的装置结构。如图1C所示，在基板213上形成太赫波产生器件101。这里，光电导膜202被用作光学开关部分102。并且，除了太赫波产生器件以外，太赫波产生装置还包含用于产生激发光211的激发光产生部分209和偏置施加部分210。

基板213是用于保持太赫波产生器件101的部分。基板213由允许激发光211穿过其中的材料制成或者具有允许激发光211穿过其中的结构。作为该材料，例如，存在诸如石英基板或蓝宝石基板的材料，如果使用具有800nm或1500nm的波长的激发光211，那么激发光211可穿过该材料。另外，可以使用由碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等制成的半导体基板。特别是，如果使用具有1500nm的波长的激发光，那么可使用由砷化镓(GaAs)、硅(Si)、磷化铟(InP)等制成的半导体基板。也可使用诸如环烯(cycloolefin)、聚乙烯、聚碳酸酯等的树脂材料。并且，也可使用诸如氮化铝(AlN)的陶瓷材料。根据激发光211的波长适当地选择这些材料。作为该结构，可以使用在激发光211穿过的路径中形成开口结构的方法。

在本实施例中，第二电极部分104被形成为足够薄，以使得激发光211穿过。因此，激发光211通过基板213和第二电极部分104到达光电导膜202。

激发光产生部分209是用于产生具有预定波长的激发光211的部分。在本实施例中，由激发光产生部分209产生的激发光211是具有从几飞秒(femtosecond)到几皮秒(picosecond)的范围内的脉冲宽度的脉冲束。作为激发光产生部分209，可以使用固态激光器或光纤激光器。如图1C所示，由激发光产生部分209产生的激发光211从第二电极部分104侧经由基板213被会聚和照射到照射区域107。在图1C中，照射区域107位于夹在天线部分105的边缘和第二电极部分104之间的区域中，但是位置不限于上述的位置。根据太赫波的辐射特性，适当地调整照射区域的位置。另外，激发光211被会聚到照射区域107，该照射区域107具有与天线部分105的尺寸相比可被视为点波源的尺寸。具体而言，希望照射区域107具有天线部分105作为天线工作的波长的1/20～1/100的尺寸。利用该结构，主要通过上述的偶极方向限定太赫波的辐射方向，并且因此可以容易地控制辐射方向。但是，该结构不限于此。能够采用照射区域107相对于波长具有某种程度的尺寸的结构。在这种情况下，太赫波的辐射方向对激发光的入射方向的依赖性增大。

偏置施加部分210是用于经由第一电极部分103和第二电极部分104向光电导膜202施加电场的部分。此电场可以是DC场或AC场。当此电场增大时，光泵激载流子的迁移被加速，并且，太赫波的辐射强度增大。

参照图1A、图1B和图1C，基于以上的描述来描述本实施例的操作。

激发光产生部分209产生具有脉冲形状的激发光211。事先对激发光211进行光学调整，使得光会聚到太赫波产生器件的照射区域107。在本实施例中，激发光211从基板213侧被照射到光电导膜202的预定区域或其附近。如图1A、图1B和图1C所示，该预定区域是天线部分105的一个边缘处的光电导膜202的区域，其被夹在包含该边缘的中心的部分和第二电极部分104之间。

偏置施加部分210在天线部分105和第二电极部分104之间施加电场。通过用激发光211照射而在光电导膜202的照射区域107处产生的载流子首先沿电场移动。该载流子可被视为是从作为假想波源的激发光211的照射区域107供给的。另一方面，在第一电极部分103的一部分中形成的天线部分105用作太赫波的谐振器。因此，从该假想波源供给的载流子沿与施加的电场相交的方向沿天线部分105分布。这意味着，如上所述，伴随载流子的迁移的偶极的方向相对于施加的电场倾斜。

因此，在总体上，载流子的迁移路径沿光电导膜202的厚度方向以及沿天线部分105变成L状形式。此时，当光电导膜202的厚度被设为相对于太赫波的波长可忽略不计时，沿天线部分105的方向在载流子的迁移路径中变为主导性的。例如，光电导膜202的厚度被设为太赫波的波长的1/20～1/100，并且因此可实现这一状态。

根据这样的载流子分布，如图1A、图1B和图1C所示，太赫波的电场分量方向108(Ethz)变成与在天线部分105和第二电极部分104之间施加的电场相交的方向。太赫波沿与太赫波的电场分量方向108(Ethz)相交的方向传播，并且因此太赫波212的辐射和传播方向变为沿施加的电场的方向的方向。

利用本实施例的器件结构和装置结构，太赫波212的传播方向可被设为沿着施加的电场的方向。因此，激发光211不需要相对于施加的电场的方向以斜的方式进入。结果，可以简化调整激发光211的入射角的步骤。

(实施例2)

实施例2涉及根据本发明的太赫波光学器件的另一形式。具体而言，本实施例涉及根据实施例1的上述器件的修改。注意，与上述部分相同的部分的描述被省略。

图3A是本实施例的太赫波光学器件的截面，并且示出包含光学器件的太赫波产生装置的装置结构。实施例2的器件与实施例1的器件的不同之处在于，光电二极管层302被用作光学开关部分102。另一不同点在于，图1A和图1B所示的第二电极部分104包含如图3A所示的第二电极部分304和导电基板313。如图3A所示，在导电基板313的底表面的区域的一部分中形成第二电极部分304。

导电基板313是在半导体中具有增大的载流子密度(density)的基板。在第一电极部分103和第二电极部分304之间施加的电场经由导电基板313被施加到光电二极管层302。作为导电基板313，可以使用诸如掺杂有Sn的InP的现有半导体材料。利用该结构，仅通过相对于光电二极管层302在导电基板313的底表面的区域的一部分中形成要被用于第二电极部分304的金属材料，能够提供与图1C所示的光学器件相同的电场施加状态。

当光电二极管层302由与导电基板313相同的类型的半导体制成时，可以利用半导体生长工艺来形成导电基板313。图3A所示的光电二极管层302被层叠于导电基板313上，但是能够采用象图3B所示的光电二极管902那样的隔离的柱子(post)的形状。在这种情况下，填充电介质915，以便调整光电二极管902和第一电极部分103之间的界面。希望电介质915由对于太赫波具有小的损失的材料制成。作为该材料，可以使用聚乙烯类型或聚烯烃类型的材料。这样，部分地设置与光学开关部分102对应的部分的形式也可被应用于上述的实施例1的结构。

利用本实施例的器件结构，在半导体层结构中不设置金属层，因此，例如能够消除经由金属层执行接合(bond)的步骤。因此，利用本实施例的结构，可以改善器件的生产率(yield)。其它点与实施例1类似。

(实施例3)

实施例3涉及根据本发明的太赫波光学器件的又一形式。具体而言，本实施例涉及上述器件的修改。与上述部分相同的部分的描述被省略。

图4A和图4B是示出本实施例的器件的示意性结构的示图。这里，图4A是太赫波光学器件的顶视图，而图4B是太赫波光学器件的底视图。该器件与上述器件的不同之处在于，在第二电极部分104侧设置用于限制激发光211的照射区域的采光部414。

采光部414是限定从第二电极部分104侧进入的激发光211的透射区域和非透射区域的部分。使用该采光部414，并且由此可固定进入光学开关部分102的激发光211的位置。

在本实施例的器件中也通过天线部分105来外部地提取太赫波，但是，在此情况下的太赫波的辐射特性由包含天线部分105的器件结构确定。激发光211的照射区域107对应于光学器件被视为天线时的供电点。例如，如果供电点的位置改变，那么天线的特性也改变。结果，太赫波的辐射特性改变。本实施例的采光部414的目的是抑制由供电点的改变(即光轴等的改变)引起的激发光211的照射位置的偏移的影响。

希望采光部414具有如下结构：照射区域107具有受限的尺寸以相对于天线部分105被视为点波源。例如，在图4A和图4B的情况下，采光部414的尺寸为天线部分105作为天线工作的波长的1/20～1/100。利用该尺寸，采光部414的结构对从天线部分105辐射的太赫波的特性的影响变小。

采光部414的尺寸被确定以便不影响太赫波的辐射特性。例如，可根据采光部414的结构或位置调整太赫波的辐射特性。在图4A和图4B所示的结构的情况下，希望采光部414的尺寸为太赫波的波长作为结构被识别的尺寸，即，大于天线部分105作为天线工作的波长的1/20的尺寸。

这样，根据本实施例的太赫波光学器件，通过采光部414照射光学开关部分102的激发光的位置可被固定。结果，能够获得抑制由激发光的照射位置的改变引起的太赫波的辐射特性的改变的效果。这里，采光部414被定位为当从光学开关部分102的厚度方向观察时与激发光的照射区域107重叠。

图4C和图4D是沿图4A的交替的长短划线BB′获取的光学器件的截面，并且分别示出包含光学器件的太赫波产生装置的装置结构。利用图4C所示的结构，通过对第二电极部分104进行构图(pattern)来形成采光部414。具体而言，通过在照射区域107或其附近去除第二电极部分104的材料来形成采光部414。另一方面，如图4D所示，可沿激发光211的传播路径去除基板213和第二电极部分104的材料，以形成采光部614。并且，能够采用在为了形成采光部已从其去除材料的部分中填充另一材料的结构。

另外，如果光学器件具有如图3A所示的截面结构，那么可通过沿激发光211的传播路径部分地改变导电基板313的电导率来形成采光部。另外，代替改变电导率，可以沿激发光211的传播路径去除导电基板313的材料以形成采光部。另外，如果通过第二电极部分304的图案限制光电二极管层302的照射区域107，那么可以形成采光部。并且，能够采用在为了形成采光部已从其去除材料的部分中填充另一材料的结构。

根据这样构建的太赫波产生装置，使用激发光的入射角的调整被简化的光学器件。因此，能够获得简化角度调整所必要的机构的效果，使得装置可被小型化。

注意，在以上的描述中，入射的激发光211被会聚到照射区域107。但是，在本实施例中通过采光部414或614限定照射区域107，并且因此激发光211不需要被严格地会聚到照射区域107。

如上所述，利用根据本实施例的光学器件的结构，通过使用采光部414或614来限制照射光学开关部分102的激发光211的照射区域107。因此，即使激发光211的光轴改变，其影响也可被抑制，并且因此可容易地稳定太赫波的辐射特性。并且，太赫波的辐射特性变得对激发光211的光学调整的变化不敏感，并且因此用于驱动光学器件的调整变得容易。

(实施例4)

实施例4涉及根据本发明的太赫波光学器件的进一步的形式。具体而言，本实施例涉及上述太赫波光学器件的修改。与上述部分相同的部分的描述被省略。

图5A和图5B是示出根据本实施例的太赫波产生器件1001的示意性结构的示图。这里，图5A是太赫波产生器件的透视图，而图5B是太赫波产生器件的后视图。本实施例的光学器件与上述的光学器件的不同之处在于，如图5A和图5B所示，多个天线部分1005和多个采光部1014被集成。

关于多个天线部分1005，在第一电极部分103上形成多个上述的天线部分105。类似地，与各个天线部分对应地在第二电极部分104上形成多个采光部1014。

利用该结构，激发光211被照射以覆盖多个采光部1014，并且因此可与各个采光部1014对应地在光学开关部分102中形成多个照射区域107。结果，多个天线部分1005中的各天线部分可发射太赫波。换句话说，可以集体地操作数量比激发光211的数量多的太赫波产生器件。

利用根据本实施例的光学器件的结构，多个产生器件被排列以被集体地操作，由此可以容易地改善太赫波的辐射电力(electric power)。

(例子)

以下参照附图描述更加具体的例子。

(例子1)

例子1涉及与上面在实施例1中描述的器件的结构对应的结构。在本例子中，采用图1A、图1B和图1C所示的结构，其中使用低温生长的GaAs(LT-GaAs)作为构成光学开关部分102的光电导膜202。作为基板213，使用石英基板。对于被设置为夹着光电导膜202的第一电极部分103和第二电极部分104，使用钛(Ti)/Au。如图1A和图1B所示，在第一电极部分103的一部分中形成天线部分105和细线部分106。

可通过以下的制造方法来制造本例子的光学器件。光电导膜202的LT-GaAs层的厚度为5μm。通过在具有半绝缘性质的砷化镓(SI-GaAs)基板上执行分子束低温外延生长(在250℃的生长温度下)，形成LT-GaAs层。然后，在LT-GaAs层上形成第二电极部分104。该第二电极部分104具有100nm的厚度，使得第二电极部分104变得对于激发光211半透明。光电导膜202的LT-GaAs层和基板213的石英基板(具有500μm的厚度)被彼此接合，使得第二电极部分104变成其间的边界。对于该接合工艺，可以使用接触接合工艺，或者可以使用诸如粘合剂的联接(junction)手段。通过蚀刻工艺去除用于生长LT-GaAs层的GaAs基板。在那之后，如图1A和图1B所示的那样对第一电极部分103进行构图，并且因此形成光学器件。

这里，通过在第一电极部分103中构图而形成的天线部分105具有各边为50μm的正方形形状。在图1A和图1B中，通过在第一电极部分103中从天线部分105的边缘去除500μm区域的材料，形成天线部分105。细线部分106的线宽为5μm。如图1A和图1B所示，细线部分106沿天线部分105的对角线从天线部分105的一个顶点延伸，并连接到第一电极部分103。

利用该结构，能够提供用于产生在约1THz或其附近具有相对大的强度的太赫波的太赫波产生器件101。

另外，为了驱动太赫波产生器件101，在本例子中，偏置施加部分210在第一电极部分103和第二电极部分104之间施加5V的DC电场。对于激发光产生部分209，使用钛蓝宝石激光器。该激发光产生部分209产生作为超短脉冲激光的激发光211，该超短脉冲激光具有800nm的中心波长、50fsec的脉冲宽度和76MHz的重复频率。该激发光211被会聚于激发光的照射区域107。利用该结构，可以提供图1C所示的太赫波产生装置。根据本例子，能够获得与上面在实施例1中描述的作用和效果类似的作用和效果。

(例子2)

例子2涉及与上面在实施例2中描述的光学器件的结构对应的结构。与上面描述的部分共同的部分的描述被省略。

在本例子中，使用主要由砷化铟镓和砷化铟铝制成的肖特基结光电二极管作为图3A所示的光电二极管层302。使用掺杂有Sn的InP基板(具有500μm的厚度)作为导电基板313。对于被设置为夹着光电二极管层302和导电基板313的第一电极部分103和第二电极部分304，使用Ti/Au。对于第一电极部分103，使用与例子1的第一电极部分103的结构相同的结构。

通过在导电基板313上对In_0.53Ga_0.47As(500nm)和In_0.52Al_0.48As(100nm)逐一执行分子束外延生长，形成光电二极管层302。包含天线部分105的第一电极部分103具有与例子1的第一电极部分103相同的形状，并且在In_0.52Al_0.48As层侧的光电二极管层302上形成。另外，在导电基板313侧形成第二电极部分304。特别是，如图3A所示，第二电极部分304被形成为避开激发光211的传播路径。

利用该结构，能够提供用于产生在约1THz或其附近具有相对大的强度的太赫波的太赫波产生器件101。根据本例子，能够获得与上面在实施例2中描述的作用和效果类似的作用和效果。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims

1.一种太赫波产生器件，包含：

载流子产生部分(102)，用于通过外部照射的激发光产生载流子；

第一电极(103)，被设置到所述载流子产生部分；和

第二电极(104)，被设置为经由所述载流子产生部分与第一电极相对；

其特征在于

电连接到第一电极的天线部分(105)，用于沿与第一电极和第二电极之间的电场施加方向相交的方向分布由激发光产生的载流子。

2.根据权利要求1的太赫波产生器件，其中，

第二电极(104)包含用于接收所述激发光的采光部(414)；以及

所述采光部被设置为经由所述载流子产生部分(102)与用所述激发光照射的区域相对。

3.根据权利要求1的太赫波产生器件，其中，

第一电极(103)包含与所述天线部分(105)接触的细线部分(106)；

所述细线部分的宽度小于第一电极的宽度；以及

所述细线部分被设置为使得所述细线部分的纵向与所产生的太赫波的电场分量的方向相交。

4.根据权利要求1的太赫波产生器件，其中，所述载流子产生部分(102)包含光电导膜和光电二极管之一。

5.一种太赫波产生装置，包括：

权利要求1所述的太赫波产生器件；

激发光产生部分(209)，用于向所述太赫波产生器件的第二电极侧照射所述激发光，以使所述载流子结合到所述天线部分(105)；和

电压施加部分(210)，用于向第一电极(103)和第二电极(104)施加电压，以使所述电压沿垂直于所述载流子产生部分(102)的面内方向的方向被施加，

其中，从所述太赫波产生器件的第一电极侧产生太赫波。

6.根据权利要求5的太赫波产生装置，其中，所述激发光被照射到所述天线部分(105)的边缘。