Si-GaAs光电导天线辐射高功率THz波的研究

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THz波介于微波和红外光之间,属于远红外波段。THz波的独特性给天文学、电子对抗、电磁武器、雷达、宽带通信、生化物的检查、无损检测、医学成像等领域带来了深远的影响。然而,由于缺乏高功率THz辐射源严重制约了THz技术的发展。  本文简述了THz电磁波的特性、产生方法以及探测技术。重点阐述了光电导天线产生THz波的研究现状,分析了现有理论和实验方面存在的问题。本文主要研究如何提高光电导天线产生THz的辐射功率,研究内容包括以下几个方面:  实验方面:采用掺铒(Er)光纤锁模激光器触发半绝缘砷化镓(SI-GaAs)光电导偶极天线,用(110)取向的碲化锌(ZnTe)电光晶体进行探测,测试了金/锗/镍(Au/Ge/Ni)、钛/金(Ti/Au)两种电极材料的电流-电压(I-V)特性,以及电极间电场场强的分布特性。实验表明:大光斑覆盖电极触发Au/Ge/Ni欧姆电极的光电导天线可以辐射出较强的THz电磁波。  工艺方面:用Au/Ge/Ni合金作为天线的电极材料,并对其进行了圆角处理。并采用氮化硅(Si3N4)及新型有机硅凝胶双层绝缘固态透明介质对天线进行绝缘保护等耐压设计,将天线的耐压强度提高到100 kV/cm(远远大于真空击穿强度30kV/cm),极大地提高了光电导天线辐射THz波的功率。  理论方面:从光电导材料的载流子动力学角度进一步分析了THz波的近场和远场特性以及影响THz辐射功率的因素。在分析中,综合考虑了激光光强、脉冲宽度、载流子寿命和弛豫时间等参数对THz波形的影响,对设计高功率THz辐射源具有一定的指导意义。
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