[发明专利]THz天线阵列的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，特别涉及一种THz天线阵列的制作方法。 

背景技术

频率在0.1-10THz(1THz＝1012Hz)范围内的电磁波被称为太赫兹(THz)波。由于其在电磁波谱中的特殊位置，THz波在物理、化学、天文学、生命科学和医药科学等基础研究领域，以及安全检查、医学成像、环境监测、食品检验、射电天文、无线通信和武器制导等应用研究领域均具有巨大的科学研究价值和广阔的应用前景。THz波的产生是THz科学技术发展和应用的关键。在众多种类的THz源中，基于半导体光混频器件的THz源同时具有低成本、结构紧凑、室温工作等优点，有助于促进THz技术在科研及日常生活中的普及应用，近年来受到越来越多的关注。在这种THz源中，两束不同频率的光在半导体混频器中混频，所产生的THz信号由与混频器电极相连接的THz天线发射出去。 

对有限的单元天线输出功率，制作天线阵列是大幅度提高THz波输出功率的有效途径。假设位于r_j处的阵列单元的电场为： 

其中为相对相位。如果驱动光束在各个阵列单元间的光程差远小于光源的相干长度，则每个阵列单元的辐射彼此相干(由于可用做光源的DFB激光器的线宽在MHz数量级，其相干长度长达数米，所以这个要求很容易满足)。如果在空间处所有的阵列单元辐射的相位都为2π的整数倍，即 

则各个阵列单元的辐射发生相长干涉，总强度为， 

如果每个阵列单元的辐射强度相等，则所以，对于由N个单元组成的阵列天线，辐射强度增加了N×N倍，而不只是N倍。 

Preu等人(S.Preu，et al.，Proc.SPIE 6194，(2006)13)和Shimizu等人(N.Shimizu，et al.，IEEE Photonics Technology Letters，18(2006)743)分别制作了基于低温GaAs光电导开关的3×3单元THz源阵列和基于面入射单行载流子探测器(UTC-PD)的3×3单元THz天线阵列。相关测试实验表明，虽然单片集成THz阵列的辐射强度较单元器件有所增加并且波束变窄，但是远未到达理论预期的结果。在上述基于面入射UTC-PD的THz阵列辐射源中，泵浦光通过1∶9星形耦合器分成九份之后分别垂直照射9个天线单元。星形耦合器功率分配不均匀以及光纤与UTC-PD对准困难使阵列天线优点无法充分发挥。在上述基于GaAs光电导开关的THz阵列辐射源中，微透镜阵列被用来将在自由空间中传输的激发光聚焦到阵列单元，由于难于将透镜焦点与阵列单元对准并且微透镜参数存在误差，阵列单元接收到的辐射强度也很不均匀，严重限制了阵列性能的提高。 

可见，单元混频器件的面入射方式使泵浦光很难被均匀的分配和高效的利用，是导致单片集成THz阵列辐射源性能不佳的主要原因。 

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种THz天线阵列的制作方法，该方法使泵浦光能够被均匀分配和高效利用的THz天线阵列，以得到高性能THz天线阵列器件。 

本发明提供一种THz天线阵列的制作方法，包括如下步骤： 

1)选择一衬底； 

2)在衬底上依次生长缓冲层、无源波导层、光耦合层、折射率匹配层、光吸收层、包层和接触层材料； 

3)依次刻蚀接触层、包层、光吸收层及折射率匹配层材料至光耦合 层，刻蚀的形状为四边形结构，其为光混频器波导； 

4)在光混频器波导上部的接触层之上制作电极，在其两侧的光耦合层上制作电极； 

5)刻蚀光耦合层，刻蚀深度至无源波导层形成楔形光耦合波导； 

6)刻蚀无源波导层至缓冲层，形成1×N分光器、输入波导及无源波导，形成基片； 

7)在基片上制作THz天线，完成制备。 

本发明的有益效果是，其是利用与光混频器集成的分光器将激发光均匀高效的输送到各个阵列单元，可以显著的提高阵列THz天线的性能。 

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，一下结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述，其中： 

图1是本发明公开的THz天线阵列结构示意图； 

图2是本发明实施例单元InP基光混频器结构示意图； 

图3是本发明实施例行波型天线示意图； 

图4是本发明实施例集总型天线示意图； 

图5是本发明实施例凝视型THz天线阵列示意图； 

具体实施方式