CN106248615B - 一种太赫兹波检偏器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种太赫兹波检偏器，其包括：总漏极、总电子沟道、若干太赫兹波探测器；所述总漏极位于所述总电子沟道之上；所述若干太赫兹波探测器间隔排列在所述总电子沟道上，且所述太赫兹波探测器与所述总电子沟道连通。本发明通过利用自混频太赫兹波探测器的太赫兹天线的极化探测特性，通过利用一组太赫兹波探测器的组合来实现太赫兹波偏振特性的快速检测，从而通过利用自混频太赫兹波探测器高速、高灵敏度和低噪音的优异特性实现太赫兹波偏振特性的超快检测。

Description

一种太赫兹波检偏器

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体地讲，涉及一种太赫兹波检偏器。

背景技术

太赫兹(Terahertz)波通常指的是波长在30μm-3mm(即频率为0.1THz-10THz)区间的电磁波，其频段位于微波和红外光之间，具有很多独特的优势，例如高透性、低能量性、选择吸收性等。太赫兹波在安全保安、医疗、食品安全、空间通讯、无损检测和环境监控等领域具有广泛的应用前景。

目前，太赫兹技术已经取得了快速的发展，太赫兹辐射源和太赫兹探测器技术也越来越趋于成熟。太赫兹波除了它的幅度、频率和相位等信息外，还具有偏振特性。偏振是指空间电磁波的矢量电场幅度的大小和方向随传播方向变化的情况。

1808年法国物理学家马吕斯(Malus,1775—1812)在研究双折射时发现折射的两束光在两个互相垂直的平面上偏振。此后又有布儒斯特(Brewster,1781—1868)定律和色偏振等一些新发现。偏振光的应用十分广泛，在晶体分析、光学计量、光通讯和实验应力分析等技术领域中都有巧妙的应用。因此，了解太赫兹波的偏振特性对于太赫兹波的应用是至关重要的。

目前对于太赫兹波的偏振特性的检测主要是使用偏振片和探测晶体来完成。这些检测太赫兹波偏振特性的方法是通过旋转偏振片或者探测晶体来改变偏振光的透射率来实现对光的偏振特性检测，这些方法需要旋转最少180°或利用两个探测器和晶体组合来测量太赫兹波的偏振方向。因此，这些方法不仅需要光学系统和操作相对复杂，并且极为耗时，检测效率相对低下。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种太赫兹波检偏器，其包括：总漏极、总电子沟道、若干太赫兹波探测器；所述总漏极位于所述总电子沟道之上；所述若干太赫兹波探测器间隔排列在所述总电子沟道上，且所述太赫兹波探测器与所述总电子沟道连通。

进一步地，所述总电子沟道呈圆形，所述若干太赫兹波探测器沿着半圆周间隔排列在所述总电子沟道上。

进一步地，所述若干太赫兹波探测器沿着半圆周等间隔排列在所述总电子沟道上。

进一步地，所述太赫兹波探测器包括：第一天线、第二天线、第三天线、第一沟道、第二沟道、第三沟道、栅极、源极；所述第一天线与所述第二天线处于同一直线上，且所述第一天线与所述第三天线平行设置；所述第一天线的一端与所述第一沟道连通，所述第一沟道与所述总电子沟道连通，所述第一天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；所述第二天线的一端通过所述第三沟道与所述源极连通，所述第二天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；所述第三天线的一端与所述栅极连通。

本发明的另一目的还在于提供一种太赫兹波检偏器，其包括：至少三个太赫兹波探测器；其中，所述太赫兹波探测器呈多边形布置。

进一步地，所述太赫兹波探测器呈正多边形布置。

进一步地，所述太赫兹波探测器呈等边三角形布置。

进一步地，所述太赫兹波探测器包括：第一天线、第二天线、第三天线、第一沟道、第二沟道、第三沟道、栅极、源极、漏极；所述第一天线与所述第二天线处于同一直线上，且所述第一天线与所述第三天线平行设置；所述第一天线的一端通过所述第一沟道与所述漏极连通，所述第一天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；所述第二天线的一端通过所述第三沟道与所述源极连通，所述第二天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；所述第三天线的一端与所述栅极连通。

本发明通过利用自混频太赫兹波探测器的太赫兹天线的极化探测特性，通过利用一组太赫兹波探测器的组合来实现太赫兹波偏振特性的快速检测，从而通过利用自混频太赫兹波探测器高速、高灵敏度和低噪音的优异特性实现太赫兹波偏振特性的超快检测。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例的太赫兹波探测器的结构示意图；

图2是利用图1所示的太赫兹波探测器构建的太赫兹波检偏器的第一实施方式的示意图；

图3是利用图1所示的太赫兹波探测器构建的太赫兹波检偏器的第二实施方式的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，相同的标号在整个说明书和附图中可用来表示相同的元件。

就平面天线而言，一般都会有极化特性。太赫兹波的极化方向和天线的极化方向之间的位置关系直接影响着太赫兹波探测器的输出信号，当它们的方向趋于一致时，太赫兹波探测器的输出将达到极大值。因此，本实施例可以利用具有极化特性的太赫兹波探测器及其组合进行太赫兹波偏振特性的直接检测。

已知偏振光的偏振态有三种：线偏振，圆偏振和椭圆偏振。无论何种偏振态的光(非自然光)，其均可描述为两个正交线偏振的叠加。任何一种偏振光均可由合成波矢端轨迹方程推导。

设两光束沿z方向传播，两束光的光矢量分别沿x方向和y方向，δ为两束光的相位差，则其合成波光矢量矢端轨迹方程为：

其中，E_x和E_y分别为x和y方向的线偏振光，A_x和A_y分别两束线偏振光的振幅。式(1)表示合成波的矢端轨迹为椭圆，即合成波为椭圆偏振光。当式(1)中的δ＝2kπ或者(2k+1)π，k＝0,1,2...时可得：

式(2)中光的矢端轨迹为直线，即为线偏振。当式(1)中A_x＝A_y＝A时，式(3)的矢端轨迹为圆，即为圆偏振光：

E_x ²+E_y ²＝A (3)

当式(1)中A_x≠A_y时，式(4)的矢端轨迹为椭圆，即为椭圆偏振光：

基于天线耦合的自混频探测器具有极化效应。对于线偏振光来说，通过检偏器测试到的光强遵循马吕斯定理：

I＝A²cos²θ (5)

其中，A为线偏振光振幅，θ为线偏振光振动方向与检偏器方向之间的夹角。

图1是根据本发明的实施例的太赫兹波探测器的结构示意图。

参照图1，根据本发明的实施例的太赫兹波探测器30包括：第一天线31、第二天线32、第三天线33、第一沟道34、第二沟道35、第三沟道36、栅极37、源极38、漏极39；

第一天线31与第二天线32处于同一直线上，且第一天线31与第三天线33平行设置，这样，第一天线31、第二天线32以及第三天线33三者构成了蝶形天线；

第一天线31的一端通过第一沟道34与漏极39连通，第一天线31的另一端通过第二沟道35与栅极37连通；

第二天线32的一端通过第三沟道36与源极38连通，第二天线32的另一端通过第二沟道35与栅极37连通；

第三天线33的一端与栅极37连通。

以下将对应用图1所示的太赫兹波探测器构建的太赫兹波检偏器进行详细地描述。

图2是利用图1所示的太赫兹波探测器构建的太赫兹波检偏器的第一实施方式的示意图。

参照图2，根据本发明的第一实施方式的太赫兹波检偏器包括：总漏极10、总电子沟道20、十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J。这里，应当说明的是，在本发明中，构建半圆形太赫兹波检偏器的太赫兹波探测器的数量不以图2所示的十个作为限制，但构建半圆形太赫兹波检偏器的太赫兹波探测器的数量至少需要三个。

此外，应当注意的是，与图1所示的太赫兹波探测器30相比，本发明的第一实施方式中的太赫兹波探测器30A、30B、……、30J不包括漏极39，这十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J共用一个漏极，即总漏极10。

具体而言，总漏极10位于总电子沟道20，但总漏极10不覆盖总电子沟道20；也就是说，总电子沟道20的边缘延伸超出总漏极10的边缘，上述十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J间隔排列在总电子沟道20上，且上述十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J中的每一个的第一沟道34与总电子沟道20连通或连接。

进一步地，总电子沟道20呈圆形形状，上述十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J沿着半圆周间隔排列在总电子沟道20上，但本发明并不限制于此，例如，上述十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J也可沿着圆周间隔排列在总电子沟道20上。更进一步地，上述十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J沿着半圆周等间隔排列在总电子沟道20上，但本发明并不限制于此，例如，上述十个太赫兹波探测器30A、30B、……、30J也可沿着半圆周不等间隔排列在总电子沟道20上。

假设太赫兹波探测器30A的天线极化方向与太赫兹波极化方向夹角为α，相邻太赫兹波探测器的夹角相同。则第k(1≤k≤10)个太赫兹波探测器与太赫兹波极化方向的夹角(即偏振角度)为因此，可推导出第k个太赫兹波探测器的输出信号为：

其中，β为响应度，A为太赫兹波振幅。

图3是利用图1所示的太赫兹波探测器构建的太赫兹波检偏器的第二实施方式的示意图。

参照图3，根据本发明的第二实施方式的太赫兹波检偏器包括：三个太赫兹波探测器40A、40B、40C；这三个太赫兹波探测器40A、40B、40C呈三角形布置。在本发明中，太赫兹波探测器的数量并不以图3所示的三个为限，可以为四个、五个或更多个，相应地，四个太赫兹波探测器呈四边形布置、五个太赫兹波探测器呈五边形布置或者更多个太赫兹波探测器呈多边形布置。

进一步地，这三个太赫兹波探测器40A、40B、40C呈等边三角形布置。

应当说明的是，在本发明中，构建第二实施例的太赫兹波检偏器的太赫兹波探测器的数量不以图3所示的三个作为限制，但构建第二实施例的太赫兹波检偏器的太赫兹波探测器的数量至少需要三个。此外，当构建第二实施例的太赫兹波检偏器的太赫兹波探测器的数量为更多时，这些太赫兹波探测器构建成多边形太赫兹波检偏器。进一步地，这些太赫兹波探测器构建成正多边形太赫兹波检偏器。

假设太赫兹波探测器40A的天线极化方向与太赫兹波极化方向夹角为α，相邻太赫兹波探测器的夹角相同。则第k(1≤k≤10)个太赫兹波探测器与太赫兹波极化方向的夹角(即偏振角度)为因此可推导出第k个检波器的输出信号为：

其中，β为响应度，A为太赫兹波振幅。

应当说明的是，本发明的太赫兹检偏器不局限于图2和图3所示的太赫兹波检偏器的结构。

在本发明中，自混频太赫兹波探测器的极化方向与太赫兹波的极化方向之间的关系能够快速的反映到太赫兹波检偏器的输出信号上。本发明适用于线偏振光偏振方向的快速检测，同样适用于圆偏振光及椭圆偏振光的快速检测。

综上，本发明通过利用自混频太赫兹波探测器的太赫兹天线的极化探测特性，通过利用一组太赫兹波探测器的组合来实现太赫兹波偏振特性的快速检测，从而通过利用自混频太赫兹波探测器高速、高灵敏度和低噪音的优异特性实现太赫兹波偏振特性的超快检测。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (6)

1.一种太赫兹波检偏器，其特征在于，包括：总漏极、总电子沟道、至少三个太赫兹波探测器；

所述总漏极位于所述总电子沟道之上；

所述至少三个太赫兹波探测器间隔排列在所述总电子沟道上，且所述太赫兹波探测器与所述总电子沟道连通；

其中，所述太赫兹波探测器包括：第一天线、第二天线、第三天线、第一沟道、第二沟道、第三沟道、栅极、源极；

所述第一天线与所述第二天线处于同一直线上，且所述第一天线与所述第三天线平行设置；

所述第一天线的一端与所述第一沟道连通，所述第一沟道与所述总电子沟道连通，所述第一天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；

所述第二天线的一端通过所述第三沟道与所述源极连通，所述第二天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；

所述第三天线的一端与所述栅极连通。

2.根据权利要求1所述的太赫兹波检偏器，其特征在于，所述总电子沟道呈圆形，所述至少三个太赫兹波探测器沿着半圆周间隔排列在所述总电子沟道上。

3.根据权利要求2所述的太赫兹波检偏器，其特征在于，所述至少三个太赫兹波探测器沿着半圆周等间隔排列在所述总电子沟道上。

4.一种太赫兹波检偏器，其特征在于，包括：至少三个太赫兹波探测器；其中，所述太赫兹波探测器呈多边形布置；

其中，所述太赫兹波探测器包括：第一天线、第二天线、第三天线、第一沟道、第二沟道、第三沟道、栅极、源极、漏极；

所述第一天线与所述第二天线处于同一直线上，且所述第一天线与所述第三天线平行设置；

所述第一天线的一端通过所述第一沟道与所述漏极连通，所述第一天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；

所述第二天线的一端通过所述第三沟道与所述源极连通，所述第二天线的另一端通过所述第二沟道与所述栅极连通；

所述第三天线的一端与所述栅极连通。

5.根据权利要求4所述的太赫兹波检偏器，其特征在于，所述太赫兹波探测器呈正多边形布置。

6.根据权利要求5所述的太赫兹波检偏器，其特征在于，所述太赫兹波探测器呈等边三角形布置。