[发明专利]光电导天线阵列及提高光电导天线阵列辐射功率的方法

说明书

本发明属于太赫兹技术领域，涉及一种光电导天线阵列及提高光电导天线阵列辐射功率的方法。本发明根据所需调制相位图像，由空间光调制器对泵浦激光光束进行相位调制，调制后的泵浦激光光束由汇聚透镜聚焦于光电导天线阵列的各阵元所处平面，并形成汇聚的泵浦激光光斑图像，泵浦激光光斑点分别精确处于各个阵元间隙的位置，泵浦激光光斑激发产生光生载流子，并在电极的作用下产生变化的电流，进而产生向外辐射太赫兹波。本发明极大提高了光电导天线阵列泵浦激光的光强利用率，进而提高光电导天线阵列的辐射功率，实现通过反馈模块对天线的太赫兹输出特性进行实时优化和调整。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，涉及一种光电导天线阵列及提高光电导天线阵列辐射功率的方法。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率处在0.1至10THz(波长范围30μm至3mm)的电磁波，其电磁波频谱范围介于红外光与微波之间。与其他电磁波段相比，太赫兹波具备独特的光谱特性，如单光子能量低、没有电离效应、对非极性物质穿透性好、有较高的谱分辨率和指纹谱特性等。因而，太赫兹波在天体物理学、通讯、材料学、化学、生物医学以及国防安全等领域有着广泛的应用。

太赫兹光电导天线是产生脉冲宽频太赫兹辐射的最常用的一种手段，与光纤激光器集成的太赫兹光电导天线系统体积小，机构紧凑，稳定性高，被广泛应用于商用太赫兹源以及太赫兹时域光谱系统中。光电导天线利用飞秒激光脉冲在电极之间的半导体材料上激发产生载流子，并在外加偏置电场和内建电场的作用下加速运动形成瞬变光电流，变化的电流产生太赫兹电场并向外以脉冲形式辐射。

限制太赫兹光电导天线输出功率的一个主要因素是其较低的转化效率。一种增大光电导天线辐射功率和转化效率的方法是采用多个天线阵元组成天线阵列。传统光电导天线阵列由一束高斯光斑覆盖整个阵列天线区域，然而由于可以有效接收泵浦激光光强的阵元间隙区域只占天线总接收面很小一部分，导致激发光的有效利用率低。其次，当所有天线阵元均连接在同一个电源电极上时，由于泵浦激光汇聚光斑分布不均匀，不同区域的阵元由于受到不同的照射光强，其产生的光生载流子和相应的太赫兹辐射的幅值、相位和频率等均可能不同，进而无法使各阵元之间的辐射形成有效合成与优化。

解决光电导天线阵列辐射效率低的一个方案是利用自聚焦透镜^[1]，使泵浦激光大部分光强汇聚于各个阵元的间隙中，这种方法可以有效提高光能利用率和天线的辐射功率。但由于微透镜结构相对固定，无法对天线的辐射特性进行有效实时调节。而且自聚焦透镜的数量随着阵元数量的增加而增加，增加了制作工艺的难度。

[1]施卫，董陈岗，侯磊等，专利《自聚焦微透镜光电导阵列天线》，申请号：201710456717.0。公开(公告)号：107394398A

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种利用空间光调制的太赫兹光电导天线阵列，提高了光电导天线阵列泵浦激光的光强利用率和辐射功率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种太赫兹光电导天线阵列系统，该系统包括空间光调制器、汇聚透镜和光电导天线阵列，根据所需调制相位图像，由空间光调制器对泵浦激光光束进行相位调制，调制后的泵浦激光光束由汇聚透镜聚焦于光电导天线阵列的各阵元所处平面，并形成多焦点汇聚的泵浦激光光斑图像，泵浦激光光斑点分别精确处于各个阵元间隙的位置，泵浦激光光斑激发产生光生载流子，并在电极的作用下产生变化的电流，进而产生向外辐射太赫兹波。

进一步的，所述光电导天线阵列由多个天线阵元组成，单个阵元包括电极焊盘和电极。