CN201397432Y

CN201397432Y - 微带共振结构太赫兹波调制装置

Info

Publication number: CN201397432Y
Application number: CN2009201201110U
Authority: CN
Inventors: 李九生
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2009-05-18
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-05-18

Abstract

本实用新型公开了一种微带共振结构太赫兹波调制装置。包括太赫兹波源、微带共振结构阵列、高阻硅基体、太赫兹波探测器、可调制的半导体激光器，在高阻硅基体上溅射有微带共振结构阵列，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，并通过高阻硅基体调制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，在太赫兹波源的同方向设有可调制的半导体激光器，可调制的半导体激光器的激光发射方向与太赫兹波源发出的太赫兹波入射方向之间夹角为0°～30°，微带共振结构阵列由多个微带共振结构单元组成。本实用新型具有调制速度快，调制带宽大，尺寸小，结构紧凑，容易加工，操作简单方便的优点，对太赫兹波偏振不敏感，满足太赫兹波高速通信需求。

Description

微带共振结构太赫兹波调制装置

技术领域

本实用新型涉及太赫兹波应用技术领域，具体涉及一种微带共振结构太赫兹波调制装置。

背景技术

无线通信正面临有限频谱资源和迅速增长的带宽、高速业务需求的矛盾。太赫兹(THz，1THz＝10E+12Hz)通信是指用太赫兹波作为信息载体进行的空间通信。因为太赫兹波介于微波和远红外光之间，处于电子学向光子学的过渡领域，所以它集成了微波通信与光通信的有点。相对于微波通信而言：1)太赫兹通信传输的容量更大。太赫兹波的频段在0.1THz到10THz之间，比微波通信高出1～4个数量级，可提供高达10Gb/s的无线传输速率，比当前的超宽带技术快几百甚至上千倍；2)太赫兹波束更窄、方向性更好、可以探测更小的目标以及更精确地定为；3)太赫兹波具有更好的保密性及抗干扰能力，不受远方电子干扰的影响，甚至第三方在当地也很难接收太赫兹通信信号，可实现在2～5Km范围内的保密通信；4)由于太赫兹波波长相对更短，在完成同样功能的情况下，天线的尺寸可以做得更小，其他的系统结构也可以做得更加简单、经济。相对于光通信而言：1)用光子能量约为可见光的1/40的太赫兹波作为信息载体，能量效率更高；2)太赫兹波具有更好的穿透沙尘烟雾的能力，它可以实现全天候的工作。太赫兹波在通过大气时，由于水蒸气而导致的强吸收、低效率以及在目前可选的太赫兹源中相对低发射功率会给太赫兹通信带来明显的不利影响，但是，随着高功率的太赫兹光源、高灵敏度的探测技术以及高稳定性系统的日益突破，占有很多优势的太赫兹通信必将指日可待。

目前，用来进行太赫兹波通信的太赫兹波源主要有：(1)Gunns二极管发射的连续THz波。Gunns二极管输出功率较高，但Gunns二极管频率不可调，可用于固定频率的太赫兹波通信。(2)量子级联激光器。量子级联激光器可能在未来THz波通信中发挥重要作用，但目前其运行还需要低温冷却(液氦或液氮)，而且低频输出(＜2THz)极为困难，频率可调范围小。(3)返波振荡器(BWO)。BWO的优点是可以实现调谐及采用不同的返波管可选择不同的输出频率，其输出频率目前可覆盖0.1～1.5THz，输出波的空间质量较好，可以用于太赫兹波通信。目前BWO的应用，或用于频谱分析，或用于成像检测，而将BWO应用于THz波通信，国内外尚无这样的技术。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种微带共振结构太赫兹波调制装置。

微带共振结构太赫兹波调制装置包括太赫兹波源、微带共振结构阵列、高阻硅基体、太赫兹波探测器、可调制的半导体激光器，在高阻硅基体上溅射有微带共振结构阵列，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，并通过高阻硅基体调制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，在太赫兹波源的同方向设有可调制的半导体激光器，可调制的半导体激光器的激光发射方向与太赫兹波源发出的太赫兹波入射方向之间夹角为0°～30°，微带共振结构阵列由多个微带共振结构单元组成，微带共振结构单元为圆形，圆形内设有内圆构成圆环，在圆环内侧直径方向垂直设有两矩形条，两根矩形条将圆环平均分成四份，在每份圆环的中心处开一个缺口。

所述的可调制的半导体激光器的工作波长为680～900nm，功率5～500mW，调制速度为1Mb/s～1Gb/s。多个微带共振结构单元为30×30个～200×200个；微带共振结构单元的直径为50～100μm，厚度为200～1000nm。微带共振结构阵列周期为50～70μm。高阻硅基体的折射率为3.4～3.8，厚度为0.4～1.0mm，电阻率为1000～10000Ωcm。微带共振结构单元的圆环宽度为3～6μm，矩形条的宽度为3～6μm，缺口直径为1～2μm。太赫兹波源为返波振荡器BWO。太赫兹波探测器为肖基特二极管。

本实用新型的优点是微带共振结构太赫兹波调制装置具有调制速度快，调制带宽大，尺寸小，结构紧凑，容易加工，操作简单方便，对太赫兹波偏振不敏感，满足太赫兹波高速通信需求。

附图说明

图1(a)是微带共振结构太赫兹波调制装置示意图；

图1(b)是微带共振结构阵列分布示意图；

图1(c)是微带共振结构单元示意图；

图2(a)是可调制的半导体激光器不发出激光时，在高阻硅基体上的微带共振结构阵列产生谐振，对太赫兹波产生很强的吸收，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，0.87THz频率的太赫兹波无法通过高阻硅基体传到太赫兹波探测器，太赫兹波探测器探测情况示意图；

图2(b)是可调制的半导体激光器发出激光射入到微带共振结构阵列时，高阻硅基体产生光生载流子，在高阻硅基体上微带共振结构阵列不再产生谐振，对太赫兹波的吸收很弱，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，0.87THz频率的太赫兹波通过高阻硅基体，调制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，太赫兹波探测器探测情况示意图；

图中：太赫兹波源1、微带共振结构阵列2、高阻硅基体3、太赫兹波探测器4、可调制的半导体激光器5。

具体实施方式

如图1所示，微带共振结构太赫兹波调制装置包括太赫兹波源1、微带共振结构阵列2、高阻硅基体3、太赫兹波探测器4、可调制的半导体激光器5，在高阻硅基体3上溅射有微带共振结构阵列2，由太赫兹波源1发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列2，并通过高阻硅基体3调制的太赫兹波经太赫兹波探测器4传出，在太赫兹波源1的同方向设有可调制的半导体激光器5，可调制的半导体激光器5的激光发射方向与太赫兹波源1发出的太赫兹波入射方向之间夹角为0°～30°，微带共振结构阵列2由多个微带共振结构单元组成，微带共振结构单元为圆形，圆形内设有内圆构成圆环，在圆环内侧直径方向垂直设有两矩形条，两根矩形条将圆环平均分成四份，在每份圆环的中心处开一个缺口。

所述的可调制的半导体激光器5的工作波长为680～900nm，功率5～500mW，调制速度为1Mb/s～1Gb/s。多个微带共振结构单元为30×30个～200×200个；微带共振结构单元的直径为50～100μm，厚度为200～1000nm。微带共振结构阵列2周期为50～70μm。高阻硅基体3的折射率为3.4～3.8，厚度为0.4～1.0mm，电阻率为1000～10000Ωcm。微带共振结构单元的圆环宽度为3～6μm，矩形条的宽度为3～6μm，缺口直径为1～2μm。太赫兹波源1为返波振荡器BWO。太赫兹波探测器4为肖基特二极管。

微带共振结构太赫兹波调制方法是：当可调制的半导体激光器5不发出激光时，在高阻硅基体3上的微带共振结构阵列2产生谐振，对太赫兹波产生很强的吸收，由太赫兹波源1发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列2，无法通过高阻硅基体3传到太赫兹波探测器4；当可调制的半导体激光器5发出的激光射入到微带共振结构阵列2时，高阻硅基体3产生光生载流子，在高阻硅基体3上微带共振结构阵列2不再产生谐振，对太赫兹波的吸收很弱，由太赫兹波源1发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列2，通过高阻硅基体3调制的太赫兹波经太赫兹波探测器4传出；利用可调制的半导体激光器5控制射入到微带共振结构阵列2上的激光，从而控制高阻硅基体3产生光生载流子，最后控制在高阻硅基体3上制作的微带共振结构阵列2的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。

本实用新型的工作过程为：选择Microtech公司出售的返波振荡器BWO作为太赫兹源，计算机控制BWO输出太赫兹波在0.6-0.9THz频段内改变，选取微带共振结构阵列的谐振太赫兹频率，太赫兹源发出谐振频率的连续太赫兹波。在可调制的半导体激光器不发出激光时，在高阻硅基体上的微带共振结构阵列产生谐振，对太赫兹波产生很强的吸收，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，微带共振结构阵列的谐振频率太赫兹波无法通过高阻硅基体传到太赫兹波探测器，此时，利用BWO自带的肖特基二极管太赫兹波探测器探测不到微带共振结构阵列的谐振频率太赫兹波；当可调制的半导体激光器发出激光射入到微带共振结构阵列时，高阻硅基体产生光生载流子，在高阻硅基体上微带共振结构阵列不再产生谐振，对太赫兹波的吸收很弱，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，微带共振结构阵列的谐振频率太赫兹波通过高阻硅基体，调制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，此时，利用BWO自带的肖特基二极管太赫兹波探测器可以探测到微带共振结构阵列的谐振频率太赫兹波。因此，利用可调制的半导体激光器控制射入到微带共振结构阵列上的激光，从而控制高阻硅基体产生光生载流子，最后控制在高阻硅基体上制作的微带共振结构阵列的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。

实施例

0.87THz频率的太赫兹波调制：

选择Microtech出售的BWO作为太赫兹源，其中返波管型号选为QS1-900ov81(频率在0.6-0.9THz频段可调谐)，计算机控制BWO输出波在0.6-0.9THz频段内改变。选择太赫兹通信用的太赫兹波频率为0.87THz，可调制的半导体激光器的工作波长为680nm，功率50mW，可调制的半导体激光器的激光发射方向与太赫兹波源发出的太赫兹波入射方向之间夹角为15°。微带共振结构单元为60×60个；微带共振结构单元的直径为80μm，厚度为300nm。微带共振结构阵列周期为55μm。高阻硅基体的折射率为3.6，厚度为0.5mm，电阻率为10000Ωcm。微带共振结构单元的圆环宽度为5μm，矩形条的宽度为4μm，缺口直径为2μm。获得可调制的半导体激光器不发出激光时，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，0.87THz频率的太赫兹波无法通过高阻硅基体传到太赫兹波探测器，太赫兹波探测器探测情况如附图2(a)；可调制的半导体激光器发出激光射入到微带共振结构阵列时，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列，0.87THz频率的太赫兹波通过高阻硅基体，调制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，太赫兹波探测器探测情况如附图2(b)。该光控微带共振结构太赫兹波调制装置的消光比为50dB，调制速度达到1Gb/s。

Claims

1.一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于包括太赫兹波源(1)、微带共振结构阵列(2)、高阻硅基体(3)、太赫兹波探测器(4)、可调制的半导体激光器(5)，在高阻硅基体(3)上溅射有微带共振结构阵列(2)，由太赫兹波源(1)发出的太赫兹波垂直传播至微带共振结构阵列(2)，并通过高阻硅基体(3)调制的太赫兹波经太赫兹波探测器(4)传出，在太赫兹波源(1)的同方向设有可调制的半导体激光器(5)，可调制的半导体激光器(5)的激光发射方向与太赫兹波源(1)发出的太赫兹波入射方向之间夹角为0°～30°，微带共振结构阵列(2)由多个微带共振结构单元组成，微带共振结构单元为圆形，圆形内设有内圆构成圆环，在圆环内侧直径方向垂直设有两矩形条，两根矩形条将圆环平均分成四份，在每份圆环的中心处开一个缺口。

2.根据权利要求1所述的一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的可调制的半导体激光器(5)的工作波长为680～900nm，功率5～500mW，调制速度为1Mb/s～1Gb/s。

3.根据权利要求1所述的一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的多个微带共振结构单元为30×30个～200×200个；微带共振结构单元的直径为50～100μm，厚度为200～1000nm。

4.根据权利要求1所述的一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的微带共振结构阵列(2)周期为50～70μm。

5.根据权利要求1所述的一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的高阻硅基体(3)的折射率为3.4～3.8，厚度为0.4～1.0mm，电阻率为1000～10000Ωcm。

6.根据权利要求1所述的一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的微带共振结构单元的圆环宽度为3～6μm，矩形条的宽度为3～6μm，缺口直径为1～2μm。

7.根据权利要求1所述的一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的太赫兹波源(1)为返波振荡器BWO。

8.根据权利要求1所述的一种微带共振结构太赫兹波调制装置，其特征在于所述的太赫兹波探测器(4)为肖基特二极管。