JPH0683146B2 - テラヘルツ電磁波装置 - Google Patents

テラヘルツ電磁波装置

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JPH0683146B2
JPH0683146B2 JP1154812A JP15481289A JPH0683146B2 JP H0683146 B2 JPH0683146 B2 JP H0683146B2 JP 1154812 A JP1154812 A JP 1154812A JP 15481289 A JP15481289 A JP 15481289A JP H0683146 B2 JPH0683146 B2 JP H0683146B2
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antenna
terahertz
electromagnetic wave
wave device
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ダニエル・リチヤード・グリスチヨコウスキー
ジーン‐マルク・ハルボート
マーク・ベンジヤミン・ケツチエン
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication

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  • Optical Communication System (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、テラヘルツ(1012ヘルツ=1,000,000MHz)周
波数領域での信号発生及びその検出に関する。
B.従来技術 コンピュータ・サイクル速度とは、論理回路または記憶
回路あるいはその両方の間での通信に必要な時間に関す
るものである。記録密度を増加し、このような要素相互
間の物理的空間を減少させると、信号経路の長さが減少
して処理速度が増加する。信号混信(クロストーク)、
温度上昇などの問題があると、記録密度に限界がもたら
される。したがって、装置の記録密度を増加させるオプ
ションを十分に利用した後で、システム速度を増大させ
るその他の技法が必要となる。それに対応するより高い
処理速度を実現するための要件は、非常に高い振動数で
動作するが、時間的に一様に分布する安定した刻時パル
スをもたらすタイミング回路が必要なことである。
サブピコ秒信号を発生させようとする初期の試みが、オ
ーストン(Auston)の論文、「サブピコ秒電気光学的衝
撃波(Subpicosecond Electro−Optical Shock Wave
s)」Appl.Phys.Lett.43(8)、1983年10月、pp.713な
いし715、及びオーストン等の論文、「電気光学的媒体
におけるフェムト秒光パルスからのチェレンコフ放射
(Cherenkov Radiation from Femtosecond Optical Pul
ses in Electro−Optic Media)」Phys.Rev.Lett.53、1
984年10月、pp.1555に報告されている。
M.B.ケッチェン(Ketchen)等の論文、「共平面伝送線
上でのサブピコ秒電気パルスの発生(Generation of Su
bpicosecond Electrical Pulses on Coplanar Transmis
sion Lines)」Appl.Phys.Lett.48(12)、24、1986年
3月、pp.751ないし753を参照する。この論文は、帯電
伝送線及び狭いギャップを光導電的に短絡させることに
よって、超短電気パルスを発生させる方法を記載してい
る。この論文の報告によれば、相互に10μmだけ離した
幅5μmの3本の並行なアルミニウム線を使って、設計
インピーダンスが100Ωの伝送線が製造された。この伝
送線は、その接点パッドと一緒に、未ドープのシリコン
・オン・サファイア(SOS)ウエハ上に作成し、次にこ
のウエハにイオン注入してキャリア寿命を短縮させた。
80フィートのレーザ・パルスを利用して、伝送線を光電
導的に短絡させた。励振ビームは、「スライド接触」構
成で3本の並列な伝送線のうちの2本を架橋するスポッ
ト直径が10μmであった。多重チャネル解析器に結合さ
れたサンプリング・ビームを利用して、実際のパルス幅
が0.6ピコ秒未満のサブピコ秒電気パルスを測定した。
米国特許第4251130号明細書は、光ゲートを用いてサブ
ピコ秒パルスを発生させるパルス発生器を定義してい
る。光をバイアス信号に同期して導波路のファセット間
で前後に通過させることによって、パルスを作成する。
結合特性を狭帯域バイアス信号により光方向結合器に沿
って制御して、信号バイアス信号のゼロ点近傍領域でだ
けゼロ結合が発生するようにする。
米国特許第4372643号明細書は、定常波を伝送線に沿っ
て確立させた伝送線を用いた超高速ゲートを記載してい
る。上記特許は、共鳴電気信号回路を用いて、比較的小
さな信号出力消費で振幅の大きな信号を発生させる。
本発明に先行する技術ではないが、デフォンゾ(DeFonz
o)等は、論文「平面型集積式光電アンテナの過渡応答
(Transient Response of Planar Integrated Optoelec
tronic Antennas)」、Appl.Phys.Lett.50、1987年4
月、pp.1155ないし1157、及び「超短電気パルスの光電
的送信及び受信(Optoelectric Transmission and Rece
ption of Ultrashort Electrical Pulses)」、Appl.Ph
ys.Lett.、1987年7月、pp.212ないし214で、放射線で
損傷を受けたシリコン・オン・サファイア基板上に作成
した平面型アンテナ構造を使ってピコ秒パルスを検出す
ることを報告している。
また、スミス(Smith)等の論文「サブピコ秒光導電ダ
イポール・アンテナ(Subpicosecond Photoconducting
Dipole Antennas)」、IEEEJ.Quantum Elect.、Vol.2
4、No.2、1988年2月、pp.255ないし260をも参照された
い。この論文は、本発明に先行する技術ではないが、サ
ビピコ秒電気パルスの発生、小型ダイポールを使った送
信とコヒーレント検出を扱っている。
C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、通信システム用の自由に伝播するテラ
ヘルツ波を発生し検出する、集積式テラヘルツ電波シス
テムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、テラヘルツ信号を送受信で
きる通信システムを提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、テラヘルツ周波数のパルス
を発生できる定常波発振器を提供することにある。
D.問題点を解決するための手段 本発明の上記及びその他の目的は、極超短波様式で動作
するパルス発生システムを使用することによって達成さ
れる。
上記システムの放出源は、超高速スイッチに接続された
共鳴放射構造から構成される。このスイッチの速度に関
する要件は、そのターン・オン時間に対応する帯域幅が
放射構造の特性周波数よりも大きい、すなわち、スイッ
チング速度が発振周期よりも著しく速いことである。
高速スイッチは、この場合、共平面伝送線に接続された
サブピコ秒光導電スイッチから構成される。伝送線は、
2μm離れた1対の幅1μmのアルミニウム線を有す
る。伝送線は、光導電スイッチの作成にとって理想的な
イオン注入したシリコン・オン・サファイア(SOS)基
板上に付着させる。伝送線は、放射構造の先端から幅が
通常5μmの光導電ギャップによって分離する。
光導電スイッチ(ギャップ)は、接続時間がサブピコ秒
のレーザ・パルスにより、かつ大きな過渡キャリア群を
生成するのに十分なエネルギーで駆動する。
放射構造自体は、同じ基板上に付着させた幅1μmのア
ルミニウム線である。この幅は、応用分野に応じて変動
することを了解されたい。その長さは、所望の発振周期
に合わせて調節する。長さ150μmの線は予想通り発振
周期が5ピコ秒の放射線をもたらすことが実証された。
この構造は、上記の光導電スイッチによって、先端で起
動(end−fire)される。放射構造の他端は、大きな高
周波インピーダンスの不連続を介して、バイアス・ネッ
トワークに接続される。
ギャップ励振原理を利用して、5ピコ秒の特性発振周期
で放射する送信アンテナを使用すると、遠点に配置した
同一設計の受信アンテナを使って自由伝播信号を観察す
ることができる。これは、導派構造を必要としないオン
チップ信号伝播にとって有用である。次いで、この対を
用いて、論理回路及びメモリの両方で、チップ内または
チップ間の通信が可能になる。
以下の好ましい実施例の図面及び記載を参照しながら、
本発明についてさらに詳しく説明する。
E.実施例 第1図には、本発明に基づく送信アンテナ及び受信アン
テナが示されている。送信アンテナは、幅約1μm、厚
さ約0.5μm、長さが所望放射周波数の1/4波長に等しい
細い線5を含んでいる。この線は、一端が超高速スイッ
チ素子6で終端し、他端が大きな接続パッド8で終端し
ている。この接続パッドへの電気接続は、当業者なら容
易に理解できるものであり、したがって本明細書では詳
しく説明しない。
超高速スイッチ素子の1例は、絶縁体基板上に作成した
並行な2本の金属線から構成される共平面伝送線11に接
続された、超高速光導伝スイッチ6である。通常、この
線の設計インピーダンスは、線幅の2倍の線間隔に対応
する約100オームである。
適当な線は、線幅が1μmないし10μmで、厚さが0.5
μmのアルミニウムから作成できる。金属パッド8は、
超高速スイッチを動作させるためにバイアス電圧電源9
に接続される。改めて強調しておくが、このスイッチの
一般的要件は、アンテナの発振周期に比べて高速でなけ
ればならないことである。本発明により、長さ150μm
のアンテナをサファイア上に作成した場合、発振周期は
5ピコ秒である。使用する動作可能スイッチは、オース
トンの論文(前掲)及びケッチェン等の論文(前掲)に
記載されているような光導電ギャップである。この場
合、スイッチは、アンテナと伝送線の間の単なる5μm
のギャップである。スイッチを動作させるため、ケッチ
ェン(Ketchen)等の論文に記載されているように、イ
オン注入したシリコン・オン・サファイア(SOS)基板
上にメタラジを付着させなければならない。
通常、このギャップを動作させるため約5ボルトのバイ
アスをかけ、持続時間がサブピコ秒の超短レーザ・パル
スで短絡させる。このギャップ過渡励振によって、同調
された4分の1波長アンテナ構造が励振され、この波長
で発振が起こる。それによって、アンテナは、この特性
波長の放射線13を放射し、その放射線が他の遠隔地点に
オフチップ伝播することができる。受信アンテナ15は、
バイアス電圧がない点以外は、送信機5と同じ構造であ
る。受信機は、超高速スイッチ素子17を介して伝送線19
に接続される。この高帯域伝送線は、たとえば受信した
放射線によって活動化され制御される論理回路及び記憶
回路に通じる。伝送線19は、伝送線11と同様であるが、
同一である必要はない。この場合も、超高速スイッチ素
子17に関する要件は、受信した放射線の周期よりも高速
なことである。
特定の好ましい実施例では、光導電スイッチを使用し、
検出器もイオン注入SOSウエハ上に作成する必要があ
る。このスイッチは、同期され集束された第2のサブピ
コ秒レーザ・パルスによって駆動される5μmの光電導
ギャップである。スイッチング順序に応じて、受信した
放射線がもたらすギャップの両端間の時間に依存する電
圧に対応する正または負のパルスを、伝送線上に発生さ
せることができる。
別の送信機が、第2図に示されている。この送信機も、
第1図のシステムで使用できる。この設計は、超高速ス
イッチ素子23によって分離された2個の4分の1波長セ
クションから構成される、全長が1/2波長のアンテナ21
を必要とするだけである。この場合も、提案した実施例
は、超高速スイッチ用に光導電ギャップを使用する。こ
のスイッチは、上記と同じように働き、サブピコ秒レー
ザ・パルスで駆動される。アンテナは、その特性放射線
27を放射する。
F.発明の効果 テラヘルツ周波数領域での信号の利用を促進する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に基づいて使用される基本構造の概略
図である。 第2図は、第1図の実施例で使用される修正された送信
機の概略図である。 5、21……送信アンテナ線、6、17、23……スイッチ素
子、8……接続パッド、9……バイアス電圧電源、11、
19……伝送線、13、27……放射線、15……受信アンテ
ナ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/02 10/22 (72)発明者 ジーン‐マルク・ハルボート アメリカ合衆国ニユーヨーク州ラツチモン ト、エコー・レーン53番地 (72)発明者 マーク・ベンジヤミン・ケツチエン アメリカ合衆国ニユーヨーク州オシニン グ、シスカ・ロード808番地

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絶縁基板上に1対の薄膜線で形成された伝
    送線を含んだサブピコ秒光導電スイッチ素子と、 自己の一端及び上記伝送線の間に励振ギャップを形成す
    るように、上記伝送線に対して間隔付けして配置したア
    ンテナと、 上記アンテナに接続した上記光導電スイッチ素子を駆動
    するための出力パルスを発生するレーザ源とを備え、 上記レーザ源からのパルスが上記励振ギャップを励振し
    て、テラヘルツの周期的な振動を発生し上記アンテナに
    よって送信するようにしたテラヘルツ電磁波装置。
  2. 【請求項2】薄膜伝送線を含んだサブピコ秒光導電スイ
    ッチ素子と、 上記伝送線及び自己の一端の間に励振ギャップを形成す
    るように、上記伝送線に対して間隔付けして配置したア
    ンテナとを備え、 上記アンテナに入力があったときテラヘルツの周期的な
    振動を感知するようにしたテラヘルツ電磁波装置。
JP1154812A 1988-08-09 1989-06-19 テラヘルツ電磁波装置 Expired - Lifetime JPH0683146B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/230,212 US5056111A (en) 1988-08-09 1988-08-09 Integrated terahertz electromagnetic wave system
US230212 1988-08-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0276347A JPH0276347A (ja) 1990-03-15
JPH0683146B2 true JPH0683146B2 (ja) 1994-10-19

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ID=22864340

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US (1) US5056111A (ja)
EP (1) EP0354308B1 (ja)
JP (1) JPH0683146B2 (ja)
DE (1) DE68923924T2 (ja)

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EP0354308A2 (en) 1990-02-14
EP0354308B1 (en) 1995-08-23
EP0354308A3 (en) 1991-01-16
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