專利名稱：光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太赫茲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光控微帶諧振結(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的帶寬、高速業(yè)務(wù)需求的矛盾。
太赫茲(THz， lTHz=10E+12Hz)通信是指用太赫茲波作為信息載體進行的空 間通信。因為太赫茲波介于微波和遠(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。相對于微波通信而言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個數(shù)量級，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)方電子干擾 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，可實現(xiàn)在2 5Km范 圍內(nèi)的保密通信；4)由于太赫茲波波長相對更短，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)也可以做得更加簡單、經(jīng)濟。相對于 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，它可以實現(xiàn)全天候的 工作。太赫茲波在通過大氣時，由于水蒸氣而導(dǎo)致的強吸收、低效率以及在目 前可選的太赫茲源中相對低發(fā)射功率會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、高靈敏度的探測技術(shù)以及高穩(wěn)定性系統(tǒng)的曰益 突破，占有很多優(yōu)勢的太赫茲通信必將指日可待。
旨在推進近距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的美國IEEE802.15委員會，于2007 年底設(shè)立了太赫茲波(Terahertz Wave，簡稱THz波)研究小組"Terahertz Interest Group(IGthz)"。 THz波研究小組是因美國英特爾公司、美國AT&T Research和 韓國高麗大學(xué)等提議設(shè)立的。該小組將探討300GHz 10THz等高頻帶開展無線 通信的可行性。太赫茲在350GHz、 450GHz、 620GHz、 735GHz和870GHz頻 率附近存在著相對透明的大氣窗口。以太赫茲波為通信載體的新一代通信系統(tǒng) 正以其低竊聽率，高抗干擾性、全天候工作、準(zhǔn)定向等優(yōu)點而備受重視，并正 逐步成為國外相關(guān)單位研究的重點。但是作為THz通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一的 太赫茲波高速調(diào)制技術(shù)相關(guān)研究報道很少。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太 赫茲波調(diào)制裝置。
光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置包括太赫茲波源、微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列、 半絕緣砷化鎵基體、太赫茲波探測器、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，在半絕緣砷化 鎵基體上濺射有微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至 微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列，通過半絕緣砷化鎵基體調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測器 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°，微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列由多個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元組成，每個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元 為正六邊形，正六邊形內(nèi)設(shè)有內(nèi)正六邊形，內(nèi)正六邊形的內(nèi)側(cè)邊中間設(shè)有一長 方形，在長方形端部設(shè)有等腰梯形。
所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器的工作波長為480 660nm，功率5 500mW， 調(diào)制速度為1Mb/s 3Gb/s。多個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元為30x30個 200x200個； 微帶諧振結(jié)構(gòu)單元寬度L為40 60Mm，高度H為40 60|im，厚度為200 1000nm。微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列周期為50 70pm。半絕緣砷化鎵基體的厚度為450 800mm，折射率為4.2 4.5。微帶諧振結(jié)構(gòu)單元中，正六邊形的外側(cè)邊與內(nèi)正六 邊形的內(nèi)側(cè)邊間距為3 6pm;長方形的長為8 10pm，寬為3 6pm;等腰梯 形的下底為8 12,，上底為4 6pm，高為5 7(xm。太赫茲波源為返波振蕩 器BWO。太赫茲波探測器為肖基特二極管。
本實用新型優(yōu)點是光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置具有調(diào)制速度快， 尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，便于集成，操作簡單方便，對太赫茲波偏振不敏感，滿足 太赫茲波高速通信需求。

圖1 (a)是光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置示意圖； 圖l (b)是微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列分布示意圖； 圖1 (c)是微帶諧振結(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，在半絕緣砷化鎵基體上 的微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列產(chǎn)生諧振，對太赫茲波產(chǎn)生很強的吸收，由太赫茲波源發(fā) 出的太赫茲波垂直傳播至微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列，0.735THz頻率的太赫茲波無法通 過半絕緣砷化鎵基體傳到太赫茲波探測器，太赫茲波探測器探測情況示意圖2 (b)是可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光射入到微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列時，半絕緣砷化鎵基體產(chǎn)生光生載流子，在半絕緣砷化鎵基體上微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列 不再產(chǎn)生諧振，對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
播至微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列，0.735THz頻率的太赫茲波通過半絕緣砷化鎵基體，調(diào) 制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測器傳出，太赫茲波探測器探測情況示意圖中太赫茲波源l、微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2、半絕緣砷化鎵基體3、太赫茲 波探測器4、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5。
具體實施方式

如圖1所示，光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置包括太赫茲波源1、微帶 諧振結(jié)構(gòu)陣列2、半絕緣砷化鎵基體3、太赫茲波探測器4、可調(diào)制的半導(dǎo)體激 光器5，在半絕緣砷化鎵基體3上濺射有微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2，由太赫茲波源l 發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2，通過半絕緣砷化鎵基體3調(diào)制 的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測器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°，微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2由多個微帶諧振 結(jié)構(gòu)單元組成，每個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元為正六邊形，正六邊形內(nèi)設(shè)有內(nèi)正六邊 形，內(nèi)正六邊形的內(nèi)側(cè)邊中間設(shè)有一長方形，在長方形端部設(shè)有等腰梯形。
所述的可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5的工作波長為480 660nm，功率5 500mW，調(diào)制速度為1Mb/s 3Gb/s。多個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元為30x30個 200x200個；微帶諧振結(jié)構(gòu)單元寬度L為40 60nm，高度H為40 6(Him，厚 度為200 1000nm。微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2周期為50 70,。半絕緣砷化鎵基體 3的厚度為450 800mm，折射率為4.2 4.5。微帶諧振結(jié)構(gòu)單元中，正六邊形 的外側(cè)邊與內(nèi)正六邊形的內(nèi)側(cè)邊間距為3 6pm;長方形的長為8 10pm，寬為 3 6pm;等腰梯形的下底為8 12(xm，上底為4 6pm，高為5 7jxm。太赫茲 波源1為返波振蕩器BWO。太赫茲波探測器4為肖基特二極管。
光控微帶諧振結(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，在半絕緣砷化鎵基體3上的微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2產(chǎn)生諧振，對太赫 茲波產(chǎn)生很強的吸收，由太赫茲波源1發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶諧振結(jié) 構(gòu)陣列2，無法通過半絕緣砷化鎵基體3傳到太赫茲波探測器4;當(dāng)可調(diào)制的半 導(dǎo)體激光器5發(fā)出激光射入到微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2時，半絕緣砷化鎵基體3產(chǎn) 生光生載流子，在半絕緣砷化鎵基體3上微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2不再產(chǎn)生諧振， 對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諧振 結(jié)構(gòu)陣列2，通過半絕緣砷化鎵基體3調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測器4傳出；利用可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器5控制射入到微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2上的激光，從而 控制半絕緣砷化鎵基體3產(chǎn)生光生載流子，最后控制在半絕緣砷化鎵基體3上 制作的微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列2的諧振，實現(xiàn)把信號加載到太赫茲波上。
本實用新型的工作過程選擇Microtech公司出售的返波振蕩器BWO作為 太赫茲源，計算機控制BWO輸出太赫茲波在0.6-0.9THz頻段內(nèi)改變，選取微 帶諧振結(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，在半絕緣砷化鎵基體上的微帶諧振結(jié) 構(gòu)陣列產(chǎn)生諧振，對太赫茲波產(chǎn)生很強的吸收，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波 垂直傳播至微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列，微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列的諧振頻率太赫茲波無法通 過半絕緣砷化鎵基體傳到太赫茲波探測器，此時，利用BWO自帶的肖特基二極
管太赫茲波探測器探測不到微帶諧振結(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)出激光射入到微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列時，半絕緣砷化鎵基體產(chǎn)生 光生載流子，在半絕緣砷化鎵基體上微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列不再產(chǎn)生諧振，對太赫 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諧振結(jié)構(gòu)陣列， 微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列的諧振頻率太赫茲波通過半絕緣砷化鎵基體，調(diào)制的太赫茲 波經(jīng)太赫茲波探測器傳出，此時，利用BWO自帶的肖特基二極管太赫茲波探測 器可以探測到微帶諧振結(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諧振結(jié)構(gòu)陣列上的激光，從而控制半絕緣砷化鎵基 體產(chǎn)生光生載流子，最后控制在半絕緣砷化鎵基體上制作的微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列 的諧振，實現(xiàn)把信號加載到太赫茲波上。 實施例
0.735THz頻率的太赫茲波調(diào)制
選擇Microtech出售的BWO作為太赫茲源，其中返波管型號選為QS1-900 ov81 (頻率在0.6-0.9THz頻段可調(diào)諧)，計算機控制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0.735THz。微帶諧振結(jié)構(gòu)單 元為100x100個，微帶諧振結(jié)構(gòu)單元寬度L為50pm，高度H為60|im，厚度為 250nm。微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列周期為60pm。半絕緣砷化鎵基體的厚度為500mm， 折射率為4.3。微帶諧振結(jié)構(gòu)單元中，正六邊形的外側(cè)邊與內(nèi)正六邊形的內(nèi)側(cè)邊 間距為4pm，長方形的長為9pm，寬為4pm;等腰梯形的下底為9pm，上底為 5pm，高為6pm?？烧{(diào)制的半導(dǎo)體激光器的工作波長480nm，功率10mW?？烧{(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30°。獲得可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器不發(fā)出激光時，由太赫茲波源發(fā)出的太赫茲波垂直傳播至微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列，0.735THz頻率的太赫茲波無法通過半絕 緣砷化鎵基體傳到太赫茲波探測器，太赫茲波探測器探測情況如附圖2 (a);可 調(diào)制的半導(dǎo)體激光器發(fā)出激光射入到微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列時，由太赫茲波源發(fā)出 的太赫茲波垂直傳播至微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列，0.735THz頻率的太赫茲波通過半絕 緣砷化鎵基體，調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測器傳出，太赫茲波探測器探測 情況如附圖2 (b)。該光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置的消光比為40dB， 調(diào)制速度達(dá)到2Gb/s。
權(quán)利要求1.一種光控微帶諧振結(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)、微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列(2)、半絕緣砷化鎵基體(3)、太赫茲波探測器(4)、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器(5)，在半絕緣砷化鎵基體(3)上濺射有微帶諧振結(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諧振結(jié)構(gòu)陣列(2)，通過半絕緣砷化鎵基體(3)調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測器(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°，微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列(2)由多個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元組成，每個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元為正六邊形，正六邊形內(nèi)設(shè)有內(nèi)正六邊形，內(nèi)正六邊形的內(nèi)側(cè)邊中間設(shè)有一長方形，在長方形端部設(shè)有等腰梯形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控微帶諧振結(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)的工作波長為480 660nm，功率5 500mW，調(diào)制速度為1Mb/s 3Gb/s。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征 在于所述的多個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元為30x30個 200x200個;微帶諧振結(jié)構(gòu)單元 寬度L為40 60^im，高度H為40 60|am，厚度為200 1000nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特 征在于所述的微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列(2)周期為50 7(Him。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特征 在于所述的半絕緣砷化鎵基體(3)的厚度為450 800mm，折射率為4.2 4.5。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置，其特 征在于所述的微帶諧振結(jié)構(gòu)單元中，正六邊形的外側(cè)邊與內(nèi)正六邊形的內(nèi)側(cè)邊 間距為3 6pm;長方形的長為8 10pm，寬為3 6pm;等腰梯形的下底為8 12jim，上底為4 6[xm，高為5 7|xm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控微帶諧振結(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所述的一種光控微帶諧振結(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器(4)為肖基特二極管。
專利摘要本實用新型公開了一種光控微帶諧振結(jié)構(gòu)太赫茲波調(diào)制裝置。它包括太赫茲波源、微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列、半絕緣砷化鎵基體、太赫茲波探測器、可調(diào)制的半導(dǎo)體激光器，在半絕緣砷化鎵基體上濺射有微帶諧振結(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諧振結(jié)構(gòu)陣列，通過半絕緣砷化鎵基體調(diào)制的太赫茲波經(jīng)太赫茲波探測器傳出，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°，微帶諧振結(jié)構(gòu)陣列由多個微帶諧振結(jié)構(gòu)單元組成。本實用新型優(yōu)點是調(diào)制速度快，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，便于集成，操作簡單方便，對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H04B10/155GK201397433SQ20092012011
公開日2010年2月3日 申請日期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 申請人:中國計量學(xué)院