[发明专利]基于MIM高灵敏度SPP太赫兹探测器

说明书

本发明公开了一种基于MIM高灵敏度SPP太赫兹波探测器，它由一个矩形腔、一个太赫兹波吸收腔、银块、一个竖直波导、一个水平波导、三个金属模、一个太赫兹探测光、一个水平参考光和一个光电探测器组成；所述矩形腔位于太赫兹探测波的输入端；所述太赫兹波吸收腔和竖直波导相连接；所述银块设置于竖直波导内，可以移动；所述竖直波导和水平波导相连接；所述太赫兹探测光位于矩形腔的上端。本发明结构紧凑，体积小，灵敏度高，便于集成。

技术领域

本发明涉及一种高灵敏度，纳米尺度的太赫兹波探测器，尤其涉及一种基于导体-绝缘体-导体(MIM)的高灵敏度SPP太赫兹波探测器。

背景技术

近年来，人们对电磁波谱之中各个波段的研究都有了长足的进展，而唯独在太赫兹波段(0.1THz-10THz)，人们的研究还欠缺。太赫兹波充满着我们日常生活的空间，然而高效、微型太赫兹波探测器和太赫兹源等技术难题是造成这部分波段研究和很少利用的主要原因。

基于表面等离子激元的波导却能突破衍射极限的限制，实现纳米尺度的光信息处理和传输。表面等离子激元是当电磁波入射到金属与介质分界面时，电磁波和金属表面的自由电子耦合形成的一种在金属表面传播的表面电磁波。根据表面等离子激元的性质，人们已经提出了很多基于表面等离子体结构的器件，例如滤波器、环形器、逻辑门、光开关等。这些器件在结构上都比较简单，非常便于光路集成。

目前在太赫兹波探测器的研究上已经取得进展，如热效应探测器、热敏电阻探测器、液氦冷却Si或者Ge热辐射测量仪、超导混频技术以及利用声子和电子散射冷却机制发展起来的热电子辐射计，这些技术可以对太赫兹波进行强度探测。利用频率基于远红外和微波之间的相干电磁脉冲作为探测源，再用光电导取样或自由空间的电光取样方法直接记录太赫兹辐射电场的振幅时间波形的太赫兹时域光谱技术既可以测得太赫兹波的振幅也可以得到相位信息。虽然这些技术各有所长，但是体积都过大，对工作环境的要求相当苛刻，价格昂贵，不利于实际应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种便于集成的MIM结构的高灵敏度SPP太赫兹探测器。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

本发明MIM高灵敏度SPP太赫兹波探测器由一个矩形腔、一个太赫兹波吸收腔、银块、一个竖直波导、一个水平波导、一个太赫兹探测光、三个金属膜、一个太赫兹探测光、一个水平信号光和一个光电探测器组成；所述矩形腔位于太赫兹探测波的输入端；所述太赫兹波吸收腔和竖直波导相连接；所述移动银块设置于竖直波导内，可以移动；所述竖直波导和水平波导相连接；所述太赫兹探测光位于矩形腔的上端。

所述太赫兹波吸收腔的形状为矩形、圆形、多边形、椭圆形、矩形与圆形的组合、矩形与多边形的组合、矩形与椭圆形的组合、圆形与多边形的组合、圆形与椭圆形的组合、多边形与椭圆形的组合或者这些形状的变形。

所述太赫兹波吸收腔内的物质为高热膨胀系数的物质；所述矩形腔内的物质为高透射率的物质。

所述高膨胀系数的物质为酒精或者水银，所述高透射率的物质为为硅、锗或者砷化镓。

所述水平波导和所述竖直波导为MIM结构的波导，其与下端的金属膜接触。

所述金属为金或银；所述绝缘体为透明物质。

所述金属为银。

所述透明物质为空气、二氧化硅或者硅。

所述信号光的工作波长为780nm，太赫兹波的波长为3μm；所述太赫兹波强度为1.2nW～4.2nW。

所述光电探测器位于水平波导的输出端口；所述光电探测器的材料为硅。

本发明的有益效果是：

(1)结构紧凑，体积小，非常便于集成；(2)灵敏度高，太赫兹探测的灵敏度达到nW量级。