[发明专利]光导器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种光导器件，且具体涉及一种用于电磁辐射尤其是太赫兹辐射的产生和检测的光导器件。

背景技术

近来，在关于连续波(cw)和脉冲方式的太赫兹技术方面的进步正开辟新的研究途径，并且实现宽广范围的基础科学和应用科学应用，所述基础和应用科学包括亚毫米波化学、医学、天体物理学、毫米波RF传感器、防碰撞雷达系统以及超速信号处理。

太赫兹(THz)辐射的使用已经被提出，特别是用于关于安全、材料确认和干扰指示的成像技术。因为许多原因，但主要是因为它避免了x射线的会对活体组织具有破坏性的电离效应，所以THz辐射的使用在这些应用中优选于x射线辐射。然而，THz辐射在产生许多应用所需的带宽和功率水平方面是昂贵的。

公知的THz辐射源包括耿氏二极管，其在达到800GHz的频率下工作，但输出功率低。对于800GHz以上的频率，通常使用远红外气体激光器。虽然它们能产生较高的输出功率，但是它们体积大、功耗大，并且受制于关键的对准问题。

一种可选择的公知方法包括光混频的外差变频。根据这种方法，固态检测器被耦合到可调谐光学系统。该固态检测器是光混频器的形式，包括光导材料层以及由该光导材料分离的电极。偏置电压跨过所述电极被施加。

可调谐光学系统包括两个单频激光器或用于产生多模频率的单个激光二极管。具有略微不同的频率的激光束由可调谐光学系统施加到混频器。不同频率的激光束的混合在THz范围内以调制频率或差频来调制光导材料的光导率，从而产生具有THz范围内的单个频率或多个频率的电信号。光混频器与集成发射天线连接，并且产生的电信号通过天线，从而产生THz电磁辐射。

在这些公知的THz源中使用的光混频器件通常是单层器件，并且通常由低温GaAs(LT-GaAs)形成。

LT-GaAs具有短的光导寿命(t＜0.25ps)、高的击穿电场强度(E_B＞5×10⁵Vcm^-1)以及相对较高的迁移率(μ≈200cm²/Vs)。然而，光混频器中的局部发热的问题已经成为限制LT-GaAs光混频器中的转换效率的主要因素。根据光导寿命在高施加电压偏置电平的条件下增加的这样一种观测结果，另外一个实际的限制趋向于减少从LT-GaAs光混频器输出的在较高频率范围的功率水平。

已经发现单层LT-GaAs光混频器的输出功率在较高频率下大幅衰减。还已经发现的是，因为器件过热而不能有效工作，所以不能通过增加输入激光束的功率来将这种器件的输出功率增大到特定水平之上。

类似的单层LT-GaAs光混频器还用于脉冲技术，其中辐射脉冲被施加到光导LT-GaAs材料，使得瞬态电流流过偏置电极之间的光导材料。电流被传输经过发射天线以产生电磁辐射。如果脉冲的长度足够短到毫微微秒，那么瞬态电流将会包括THz频率的分量(component)。

因为合成的脉冲辐射将会包括宽范围的不同频率的分量，所以这种脉冲技术的固有特性是宽带。源自单层LT-GaAs的使用的在较高功率下的过热问题以及功率与频谱的关系的限制仍然产生作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的或者至少可选择的光导器件。

在第一个独立的方面，本发明提供一种光导器件，包括多个光导层，每个光导层包括光导材料和各自的多个电极，其中光导层被电连接在一起。

通过提供多个被电连接在一起的光导层，来自每个光导层的信号可以被合并。多个光导层可以吸收比单个光导层单独吸收的量高的量的施加到器件的光泵浦辐射，因此可以提供改善的效率。特别地，来自包括多个光导层的器件的输出功率可以比包括单个光导层的相似器件的更高。

光导器件可以具有一个光导层堆叠在另一个光导层的顶部上的堆叠结构。

光导材料是当暴露于光或其它电磁辐射时其电导率变化的材料。当没有暴露于光或其它电磁辐射时，光导材料通常是半导电的或绝缘的，并且具有下面这样的电导率，即，所述电导率随施加到光导材料的适当频率的辐射的幅度而变化。

在电极之间的电连接或每个电连接可以包括金属性的材料。该电连接或每个电连接优选为非光导材料。通过在沉积之后对光导材料进行掺杂而形成该电连接或每个电连接，或者通过在沉积之后蚀刻光导材料并且在每个蚀刻图案中沉积金属性材料而形成该电连接或每个电连接。