[发明专利]一种太赫兹波的高速探测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电器件技术领域，涉及一种太赫兹波探测方法及装置，尤其涉及一种太赫兹波的高速探测方法及装置。

背景技术

太赫兹波是指频率从100GHz-10THz，频率介于毫米波与红外光之间的电磁波。由于太赫兹波自身的特点，其在高速通信、成像、频谱分析和遥感等方面，具有广阔的应用前景。对于1THz以上太赫兹波的直接探测，传统的方法和装置有硅测辐射热计、焦热电探测器和Golay cells（高莱）探测器。这些方法都是基于热响应的探测，响应速度不高。

近几年发展的全固态的THz半导体量子阱探测器（THz Quantum Well Photodetector，THzQWP）是一种重要的窄带探测器，与其他宽带探测器相比具有很好的光谱分析能力和很快的响应速度，在高灵敏度和高分辨率探测尤其是在焦平面阵列制备方面具有独特优势；此外，其还具备工艺成熟、体积小和易集成等优点，可用于1THz以上太赫兹波的高速直接探测。目前基于GaAs/AlGaAs材料体系的量子阱探测器主要有光电导型和光伏型两种。

目前对THz半导体量子阱探测器的应用，主要是利用现有的电学仪器设备，不利于探测装置的小型化和实用化。对于传统的光导型的光电探测器电路，一般采用串联的方式提供偏置电压，或者采用现有的针对光电探测器的跨阻放大器集成电路芯片。但是THz半导体量子阱探测器有其自身的特点，其工作的偏压非常低，一般在30-60mV，自身的电容也在pF量级甚至更大。传统的方法或芯片要么提供的带宽都非常有限，在几十kHz范围内，要么满足不了THz半导体量子阱探测器的工作偏压，所以在THz QWP的小型化高速探测电路方面，目前尚没有有效的解决方案。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹波的高速探测方法及装置，该方法和装置可以对太赫兹波进行高速直接的探测。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹波的高速探测方法及装置。

一种太赫兹波的高速探测装置，所述太赫兹波的高速探测装置至少包括太赫兹量子阱探测器和跨阻放大电路；所述太赫兹量子阱探测器用以对太赫兹波进行直接强度探测，包括一用以方便跨阻放大电路的参数设计的小信号集总电学模型，所述小信号集总电学模型由电容C_q并联旁路差分电阻R_d和光电流源Is构成；所述跨阻放大电路用以为太赫兹量子阱探测器提供偏置电压，并将太赫兹量子阱探测器输出的光电流信号转化为电压信号；包括运算放大器、补偿电容C_F和跨阻R_F；所述运算放大器的反相输入端与太赫兹量子阱探测器的一端相连，运算放大器的同相输入端接偏置电压；所述跨阻连接于运算放大器的输出端和反向输入端之间；所述补偿电容与所述跨阻并联；所述太赫兹量子阱探测器的另一端接地；所述补偿电容C_T为运算放大器的反相输入端总电容，其值为电容C_q与太赫兹量子阱探测器冷头端到常温端的连接线的电容、运算放大器的输入电容并联所得的值，GBW为运算放大器的单位增益带宽。

优选地，所述偏置电压为几十毫伏量级。

优选地，所述太赫兹量子阱探测器为工作在光电导模式的太赫兹量子阱探测器，其探测频率范围为2至7THz。

优选地，所述光电流源Is根据Is=PR计算得出，其中P为入射太赫兹波的功率，R为太赫兹量子阱探测器的响应率。

一种太赫兹波的高速探测装置的探测方法，包括以下步骤：

步骤一，太赫兹量子阱探测器对太赫兹波进行直接强度探测，输出光电流信号；

步骤二，跨阻放大电路将所述光电流信号转化为电压信号输出，即输出电压信号其中w为光电流信号的频率，C_F为跨阻放大电路中的补偿电容，R_F为跨阻放大电路中的跨阻，R_d为太赫兹量子阱探测器中的小信号集总电学模型中的旁路差分电阻，C_T为跨阻放大电路中的运算放大器的反相输入端总电容。

如上所述，本发明所述的太赫兹波的高速探测方法及装置，具有以下有益效果：

本发明采用THz QWP对2-7THz的太赫兹波进行高速直接强度探测，对于尺寸不是非常大的THz QWP，其响应截止频率可达几十MHz，对于小尺寸的THz QWP，其响应截止频率可达GHz，适用于THz波通信和成像等应用。

附图说明