[实用新型]一种太赫兹天线结构及包括该天线结构的辐射源和探测器

说明书

本实用新型属于太赫兹技术领域，具体涉及一种太赫兹天线结构及包括该天线结构的辐射源和探测器。本实用新型通过将常规太赫兹天线结构的半导体衬底厚度从几百微米减小到几微米，以及把高介电常数的硅透镜替换成低介电常数的透镜，提高了金属天线的输入电阻，提高了匹配效率和方向性。所述太赫兹天线结构可以有效提高两到三倍的输出功率和探测灵敏度。当天线作为辐射源时，提高了输出功率；当天线作为探测器时，提高了探测灵敏度。

技术领域

本实用新型属于太赫兹技术领域，具体涉及一种太赫兹天线结构及包括该天线结构的辐射源和探测器。

背景技术

太赫兹辐射是频率介于0.1THz-10THz的电磁波，其在安检、医疗、通讯等领域有着很大的应用前景。一直以来，发展高辐射强度的太赫兹源(辐射源)是太赫兹技术的关键技术之一。其中，以半导体材料为衬底的光电导天线技术具有室温工作、便携、价格低等优点。但是，由于半导体材料电阻率较高等原因，天线的光照间隙区的光电导体电阻一般在10000欧姆以上，而光电导天线的输入电阻远低于这个值，使得两者之间存在严重的阻抗失配。再加上为了将太赫兹辐射从较厚的衬底中耦合到空间中，需要在衬底中引入介电常数较高的硅透镜，这导致衬底具有较高的有效介电常数。而天线的输入电阻反比于衬底的有效介电常数，故进一步加剧了阻抗失配，最终导致天线总效率的降低。

以传统低温砷化镓为衬底的太赫兹天线结构为例，其低温砷化镓衬底厚度一般在300微米左右，并具有高达12.9的介电常数，由该太赫兹天线结构发出的太赫兹波很容易在其中发生全反射，大部分能量无法输出到自由空间中，并且方向性很差。为了将太赫兹波耦合到自由空间中，同时也为了提高方向性，一般是将吸收系数小、介电常数为11.9的高阻硅制成的硅透镜粘粘在上述低温砷化镓衬底背面。较厚的低温砷化镓和高阻硅组成的双层衬底虽然可以将太赫兹波藕合到自由空间中并能提高方向性，但是由于该双层衬底的有效介电常数高于11.9以上，大大减小了天线输入电阻。虽然提高了方向性，但不能解决太赫兹天线和光电导体之间的匹配效率低的问题。若要提高太赫兹天线的性能，需要同时具有较高的匹配效率和方向性。

实用新型内容

为了改善上述技术问题，本实用新型提出了一种太赫兹天线结构及包括该天线结构的辐射源和探测器，所述太赫兹天线结构具有较高的匹配效率和方向性，其可以有效提高两到三倍的输出功率和探测灵敏度。

本实用新型提供如下技术方案：

一种太赫兹天线结构，其包括金属天线、半导体衬底薄膜、低介电常数薄膜和透镜；其中，所述半导体衬底薄膜厚度为1～5微米；所述低介电常数薄膜和透镜的介电常数在2～3.5之间。

根据本实用新型，所述半导体衬底薄膜通过低介电常数薄膜与透镜相连；

根据本实用新型，所述低介电常数薄膜的厚度为200-400微米；

根据本实用新型，所述半导体衬底薄膜厚度为2～5微米；所述半导体衬底薄膜的厚度远小于太赫兹波长，减小了太赫兹波在其中发生全反射的几率，即消除了选用高介电常数硅透镜的必要性；并且由于衬底很薄，也起到了降低双层衬底有效介电常数的作用；

根据本实用新型，所述低介电常数薄膜和透镜的材质为聚酰亚胺、聚四氟乙烯等；所述材质的透镜具有对太赫兹波吸收系数小，并且介电常数低的特点；大大增加了天线输入电阻，故而减小了太赫兹天线和光电导体之间的阻抗失配；所述透镜的使用还提高了该太赫兹天线结构的方向性；

根据本实用新型，所述金属天线可以为太赫兹领域常用的各种天线，如偶极天线、蝶形天线或天线阵列等；

根据本实用新型，所述金属天线可以由金属蒸镀在半导体衬底薄膜上，所述金属可以为黄金、钛铂金、铝等的一种或多种；

根据本实用新型，所述半导体衬底薄膜可以为低温砷化镓、半绝缘砷化镓、InP(磷化铟)等的一种或多种；