专利名称：光控微带谐振结构太赫兹波调制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太赫兹波应用技术领域，具体涉及一种光控微带谐振结构 太赫兹波调制装置。
背景技术：
无线通信正面临有限频谱资源和迅速增长的带宽、高速业务需求的矛盾。
太赫兹(THz， lTHz=10E+12Hz)通信是指用太赫兹波作为信息载体进行的空 间通信。因为太赫兹波介于微波和远红外光之间，处于电子学向光子学的过渡 领域，所以它集成了微波通信与光通信的有点。相对于微波通信而言l)太赫兹 通信传输的容量更大。太赫兹波的频段在O.lTHz到10THz之间，比微波通信 高出1 4个数量级，可提供高达10Gb/s的无线传输速率，比当前的超宽带技术 快几百甚至上千倍；2)太赫兹波束更窄、方向性更好、可以探测更小的目标以及 更精确地定为；3)太赫兹波具有更好的保密性及抗干扰能力，不受远方电子干扰 的影响，甚至第三方在当地也很难接收太赫兹通信信号，可实现在2 5Km范 围内的保密通信；4)由于太赫兹波波长相对更短，在完成同样功能的情况下，天 线的尺寸可以做得更小，其他的系统结构也可以做得更加简单、经济。相对于 光通信而言l)用光子能量约为可见光的1/40的太赫兹波作为信息载体，能量 效率更高；2)太赫兹波具有更好的穿透沙尘烟雾的能力，它可以实现全天候的 工作。太赫兹波在通过大气时，由于水蒸气而导致的强吸收、低效率以及在目 前可选的太赫兹源中相对低发射功率会给太赫兹通信带来明显的不利影响，但 是，随着高功率的太赫兹光源、高灵敏度的探测技术以及高稳定性系统的曰益 突破，占有很多优势的太赫兹通信必将指日可待。
旨在推进近距离无线通信技术标准化的美国IEEE802.15委员会，于2007 年底设立了太赫兹波(Terahertz Wave，简称THz波)研究小组"Terahertz Interest Group(IGthz)"。 THz波研究小组是因美国英特尔公司、美国AT&T Research和 韩国高丽大学等提议设立的。该小组将探讨300GHz 10THz等高频带开展无线 通信的可行性。太赫兹在350GHz、 450GHz、 620GHz、 735GHz和870GHz频 率附近存在着相对透明的大气窗口。以太赫兹波为通信载体的新一代通信系统 正以其低窃听率，高抗干扰性、全天候工作、准定向等优点而备受重视，并正 逐步成为国外相关单位研究的重点。但是作为THz通信系统的关键技术之一的 太赫兹波高速调制技术相关研究报道很少。发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种光控微带谐振结构太 赫兹波调制装置。
光控微带谐振结构太赫兹波调制装置包括太赫兹波源、微带谐振结构阵列、 半绝缘砷化镓基体、太赫兹波探测器、可调制的半导体激光器，在半绝缘砷化 镓基体上溅射有微带谐振结构阵列，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至 微带谐振结构阵列，通过半绝缘砷化镓基体调制的太赫兹波经太赫兹波探测器 传出，在太赫兹波源的同方向设有可调制的半导体激光器，可调制的半导体激
光器的激光发射方向与太赫兹波源发出的太赫兹波入射方向之间夹角为0。
30°，微带谐振结构阵列由多个微带谐振结构单元组成，每个微带谐振结构单元 为正六边形，正六边形内设有内正六边形，内正六边形的内侧边中间设有一长 方形，在长方形端部设有等腰梯形。
所述的可调制的半导体激光器的工作波长为480 660nm，功率5 500mW， 调制速度为1Mb/s 3Gb/s。多个微带谐振结构单元为30x30个 200x200个； 微带谐振结构单元宽度L为40 60Mm，高度H为40 60|im，厚度为200 1000nm。微带谐振结构阵列周期为50 70pm。半绝缘砷化镓基体的厚度为450 800mm，折射率为4.2 4.5。微带谐振结构单元中，正六边形的外侧边与内正六 边形的内侧边间距为3 6pm;长方形的长为8 10pm，宽为3 6pm;等腰梯 形的下底为8 12,，上底为4 6pm，高为5 7(xm。太赫兹波源为返波振荡 器BWO。太赫兹波探测器为肖基特二极管。
本实用新型优点是光控微带谐振结构太赫兹波调制装置具有调制速度快， 尺寸小，结构紧凑，便于集成，操作简单方便，对太赫兹波偏振不敏感，满足 太赫兹波高速通信需求。
图1 (a)是光控微带谐振结构太赫兹波调制装置示意图； 图l (b)是微带谐振结构阵列分布示意图； 图1 (c)是微带谐振结构单元示意图2 (a)是可调制的半导体激光器不发出激光时，在半绝缘砷化镓基体上 的微带谐振结构阵列产生谐振，对太赫兹波产生很强的吸收，由太赫兹波源发 出的太赫兹波垂直传播至微带谐振结构阵列，0.735THz频率的太赫兹波无法通 过半绝缘砷化镓基体传到太赫兹波探测器，太赫兹波探测器探测情况示意图2 (b)是可调制的半导体激光器发出激光射入到微带谐振结构阵列时，半绝缘砷化镓基体产生光生载流子，在半绝缘砷化镓基体上微带谐振结构阵列 不再产生谐振，对太赫兹波的吸收很弱，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传
播至微带谐振结构阵列，0.735THz频率的太赫兹波通过半绝缘砷化镓基体，调 制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，太赫兹波探测器探测情况示意图中太赫兹波源l、微带谐振结构阵列2、半绝缘砷化镓基体3、太赫兹 波探测器4、可调制的半导体激光器5。
具体实施方式
如图1所示，光控微带谐振结构太赫兹波调制装置包括太赫兹波源1、微带 谐振结构阵列2、半绝缘砷化镓基体3、太赫兹波探测器4、可调制的半导体激 光器5，在半绝缘砷化镓基体3上溅射有微带谐振结构阵列2，由太赫兹波源l 发出的太赫兹波垂直传播至微带谐振结构阵列2，通过半绝缘砷化镓基体3调制 的太赫兹波经太赫兹波探测器4传出，在太赫兹波源1的同方向设有可调制的 半导体激光器5，可调制的半导体激光器5的激光发射方向与太赫兹波源1发出 的太赫兹波入射方向之间夹角为0° 30°，微带谐振结构阵列2由多个微带谐振 结构单元组成，每个微带谐振结构单元为正六边形，正六边形内设有内正六边 形，内正六边形的内侧边中间设有一长方形，在长方形端部设有等腰梯形。
所述的可调制的半导体激光器5的工作波长为480 660nm，功率5 500mW，调制速度为1Mb/s 3Gb/s。多个微带谐振结构单元为30x30个 200x200个；微带谐振结构单元宽度L为40 60nm，高度H为40 6(Him，厚 度为200 1000nm。微带谐振结构阵列2周期为50 70,。半绝缘砷化镓基体 3的厚度为450 800mm，折射率为4.2 4.5。微带谐振结构单元中，正六边形 的外侧边与内正六边形的内侧边间距为3 6pm;长方形的长为8 10pm，宽为 3 6pm;等腰梯形的下底为8 12(xm，上底为4 6pm，高为5 7jxm。太赫兹 波源1为返波振荡器BWO。太赫兹波探测器4为肖基特二极管。
光控微带谐振结构太赫兹波调制方法是当可调制的半导体激光器5不发 出激光时，在半绝缘砷化镓基体3上的微带谐振结构阵列2产生谐振，对太赫 兹波产生很强的吸收，由太赫兹波源1发出的太赫兹波垂直传播至微带谐振结 构阵列2，无法通过半绝缘砷化镓基体3传到太赫兹波探测器4;当可调制的半 导体激光器5发出激光射入到微带谐振结构阵列2时，半绝缘砷化镓基体3产 生光生载流子，在半绝缘砷化镓基体3上微带谐振结构阵列2不再产生谐振， 对太赫兹波的吸收很弱，由太赫兹波源1发出的太赫兹波垂直传播至微带谐振 结构阵列2，通过半绝缘砷化镓基体3调制的太赫兹波经太赫兹波探测器4传出；利用可调制的半导体激光器5控制射入到微带谐振结构阵列2上的激光，从而 控制半绝缘砷化镓基体3产生光生载流子，最后控制在半绝缘砷化镓基体3上 制作的微带谐振结构阵列2的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。
本实用新型的工作过程选择Microtech公司出售的返波振荡器BWO作为 太赫兹源，计算机控制BWO输出太赫兹波在0.6-0.9THz频段内改变，选取微 带谐振结构阵列的谐振太赫兹频率，太赫兹源发出谐振频率的连续太赫兹波。 在可调制的半导体激光器不发出激光时，在半绝缘砷化镓基体上的微带谐振结 构阵列产生谐振，对太赫兹波产生很强的吸收，由太赫兹波源发出的太赫兹波 垂直传播至微带谐振结构阵列，微带谐振结构阵列的谐振频率太赫兹波无法通 过半绝缘砷化镓基体传到太赫兹波探测器，此时，利用BWO自带的肖特基二极
管太赫兹波探测器探测不到微带谐振结构阵列的谐振频率太赫兹波；当可调制 的半导体激光器发出激光射入到微带谐振结构阵列时，半绝缘砷化镓基体产生 光生载流子，在半绝缘砷化镓基体上微带谐振结构阵列不再产生谐振，对太赫 兹波的吸收很弱，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带谐振结构阵列， 微带谐振结构阵列的谐振频率太赫兹波通过半绝缘砷化镓基体，调制的太赫兹 波经太赫兹波探测器传出，此时，利用BWO自带的肖特基二极管太赫兹波探测 器可以探测到微带谐振结构阵列的谐振频率太赫兹波。因此，利用可调制的半 导体激光器控制射入到微带谐振结构阵列上的激光，从而控制半绝缘砷化镓基 体产生光生载流子，最后控制在半绝缘砷化镓基体上制作的微带谐振结构阵列 的谐振，实现把信号加载到太赫兹波上。 实施例
0.735THz频率的太赫兹波调制
选择Microtech出售的BWO作为太赫兹源，其中返波管型号选为QS1-900 ov81 (频率在0.6-0.9THz频段可调谐)，计算机控制BWO输出波在0.6-0.9THz 频段内改变，选择太赫兹通信用的太赫兹波频率为0.735THz。微带谐振结构单 元为100x100个，微带谐振结构单元宽度L为50pm，高度H为60|im，厚度为 250nm。微带谐振结构阵列周期为60pm。半绝缘砷化镓基体的厚度为500mm， 折射率为4.3。微带谐振结构单元中，正六边形的外侧边与内正六边形的内侧边 间距为4pm，长方形的长为9pm，宽为4pm;等腰梯形的下底为9pm，上底为 5pm，高为6pm。可调制的半导体激光器的工作波长480nm，功率10mW。可调
制的半导体激光器的激光发射方向与太赫兹波源发出的太赫兹波入射方向之间 夹角为30°。获得可调制的半导体激光器不发出激光时，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带谐振结构阵列，0.735THz频率的太赫兹波无法通过半绝 缘砷化镓基体传到太赫兹波探测器，太赫兹波探测器探测情况如附图2 (a);可 调制的半导体激光器发出激光射入到微带谐振结构阵列时，由太赫兹波源发出 的太赫兹波垂直传播至微带谐振结构阵列，0.735THz频率的太赫兹波通过半绝 缘砷化镓基体，调制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，太赫兹波探测器探测 情况如附图2 (b)。该光控微带谐振结构太赫兹波调制装置的消光比为40dB， 调制速度达到2Gb/s。
权利要求1.一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特征在于包括太赫兹波源(1)、微带谐振结构阵列(2)、半绝缘砷化镓基体(3)、太赫兹波探测器(4)、可调制的半导体激光器(5)，在半绝缘砷化镓基体(3)上溅射有微带谐振结构阵列(2)，由太赫兹波源(1)发出的太赫兹波垂直传播至微带谐振结构阵列(2)，通过半绝缘砷化镓基体(3)调制的太赫兹波经太赫兹波探测器(4)传出，在太赫兹波源(1)的同方向设有可调制的半导体激光器(5)，可调制的半导体激光器(5)的激光发射方向与太赫兹波源(1)发出的太赫兹波入射方向之间夹角为0°～30°，微带谐振结构阵列(2)由多个微带谐振结构单元组成，每个微带谐振结构单元为正六边形，正六边形内设有内正六边形，内正六边形的内侧边中间设有一长方形，在长方形端部设有等腰梯形。
2. 根据权利要求1所述的一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特征 在于所述的可调制的半导体激光器(5)的工作波长为480 660nm，功率5 500mW，调制速度为1Mb/s 3Gb/s。
3. 根据权利要求1所述的一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特征 在于所述的多个微带谐振结构单元为30x30个 200x200个;微带谐振结构单元 宽度L为40 60^im，高度H为40 60|am，厚度为200 1000nm。
4. 根据权利要求1所述的一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特 征在于所述的微带谐振结构阵列(2)周期为50 7(Him。
5. 根据权利要求1所述的一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特征 在于所述的半绝缘砷化镓基体(3)的厚度为450 800mm，折射率为4.2 4.5。
6. 根据权利要求1所述的一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特 征在于所述的微带谐振结构单元中，正六边形的外侧边与内正六边形的内侧边 间距为3 6pm;长方形的长为8 10pm，宽为3 6pm;等腰梯形的下底为8 12jim，上底为4 6[xm，高为5 7|xm。
7. 根据权利要求1所述的一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特 征在于所述的太赫兹波源(1)为返波振荡器BWO。
8. 根据权利要求1所述的一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置，其特 征在于所述的太赫兹波探测器(4)为肖基特二极管。
专利摘要本实用新型公开了一种光控微带谐振结构太赫兹波调制装置。它包括太赫兹波源、微带谐振结构阵列、半绝缘砷化镓基体、太赫兹波探测器、可调制的半导体激光器，在半绝缘砷化镓基体上溅射有微带谐振结构阵列，由太赫兹波源发出的太赫兹波垂直传播至微带谐振结构阵列，通过半绝缘砷化镓基体调制的太赫兹波经太赫兹波探测器传出，在太赫兹波源的同方向设有可调制的半导体激光器，可调制的半导体激光器的激光发射方向与太赫兹波源发出的太赫兹波入射方向之间夹角为0°～30°，微带谐振结构阵列由多个微带谐振结构单元组成。本实用新型优点是调制速度快，尺寸小，结构紧凑，便于集成，操作简单方便，对太赫兹波偏振不敏感，满足太赫兹波高速通信需求。
文档编号H04B10/155GK201397433SQ20092012011
公开日2010年2月3日 申请日期2009年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者李九生 申请人:中国计量学院