一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种太赫兹成像装置，具体涉及一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器。
【背景技术】
[0002]目前主要的太赫兹成像系统主要有以下两种:第一种太赫兹成像系统主要基于机械扫描的纵横移动载物台，还包括分离的收发模块和透镜。这种系统通过一步步地机械地移动待成像样品，以完成对样品的扫描。这种系统比较笨重、成像耗时长、成本较高。另一种太赫兹成像系统主要基于光学相机的成像原理，将众多的太赫兹探测器集成在同一个芯片上，以便一次性地获得待测样品的多个像素，从而减少成像时间。因此，这种太赫兹成像系统也被称之为“太赫兹相机”。然而这种“太赫兹相机”中的天线尺寸决定了它的像素有限，此外，这种“太赫兹相机”中的天线增益较低，且天线本身不具备聚焦功能，从而使得这种系统仍然依赖成本高且不易集成的透镜。这些缺陷都极大地限制了太赫兹成像技术在现实生活中的应用。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于:克服现有技术的不足，提供了一种基于石墨烯电扫描反射阵的探测器，以实现一种成像快、成本低、体积小的太赫兹成像系统，从而推进太赫兹成像技术的商用。
[0004]本实用新型的技术方案为:一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器，包括一个CMOS芯片，还包括一个基于石墨烯的极化滤波器，以及一个凹形封装盒，CMOS芯片位于凹形封装盒内侧底部，极化滤波器位于凹形封装盒内侧顶部，CMOS芯片通过具有的极化扭转功能的金属片使聚焦后的线极化波产生极化扭转，极化扭转后的线极化波就能够通过极化滤波器发射到自由空间。
[0005]CMOS芯片是线极化太赫兹波的发射和检测单元，芯片二氧化硅底层的金属地板，位于二氧化硅顶层的与发射及检测电路集成于同一芯片内的偶极子天线，还包括位于二氧化硅顶层的、有规律地环绕在偶极子天线周围的、可产生相位补偿和极化扭转的金属片。
[0006]极化滤波器是一种反射相位可电调的、具有平面结构的极化过滤单元，包括印刷在介质基片正面上的金属栅板，包括印刷在介质基片反面上的矩形石墨烯片，还包括连接矩形石墨烯片的馈电线。
[0007]本实用新型提供的一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器，基于石墨烯的电扫描太赫兹反射阵易于与芯片电路集成。发射电路、检测电路、偶极子天线、以及可产生相位补偿和极化扭转的金属片可以天然地集成在同一个CMOS芯片上，从而减少集成损耗、产品体积、以及生产成本。采用空馈结构，在太赫兹频段仍然具有高增益，同时自带聚焦功能，因而不需要额外的透镜，从而减小了太赫兹成像系统的体积，避免了调试透镜位置所需的时间，并降低了太赫兹成像系统的复杂度。石墨烯在太赫兹频段的可电调性，便得这种太赫兹反射阵具备电扫描的功能，从而极大地缩减了成像时间。
【附图说明】
[0008]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明:
[0009]图1为本实用新型结构的三维立体示意图
[0010]图2为本实用新型结构的侧视图
[0011]图3为本实用新型结构聚焦功能的示意图
[0012]图4为本实用新型结构中CMOS芯片的俯视图
[0013]图5为本实用新型结构中石墨烯极化滤波器的仰视图
[0014]图中:1、CM0S芯片，2、极化滤波器，3、凹形封装盒、11、金属地板，12、偶极子天线，13、金属片，21、金属栅板，22、石墨稀片，23、馈电线、24、介质基片
【具体实施方式】
[0015]如图2所示，一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器，包括一个CMOS芯片I，还包括一个基于石墨烯的极化滤波器2，以及一个凹形封装盒3。
[0016]如图4所示，CMOS芯片I是线极化太赫兹波的发射和检测单元，包括位于芯片二氧化硅底层的金属地板11，包括位于二氧化硅顶层的、具有高输入阻抗的、可与发射及检测电路集成于同一芯片内的偶极子天线12，还包括位于二氧化硅顶层的、有规律地环绕在偶极子天线12周围的、可产生相位补偿和极化扭转的金属片13。偶极子天线12具有差分结构，利于与差分电路集成，提高成像系统的发射与检测性能。同时，偶极子天线12具有高输入阻抗，利于与具有高输出阻抗的电路进行匹配，降低天线与电路之间的匹配损耗。
[0017]如图1、图3和图5所示，极化滤波器2是一种反射相位可电调的、具有平面结构的极化过滤单元，包括印刷在介质基片24正面上的金属栅板21，包括印刷在介质基片24反面上的矩形石墨烯片22，还包括连接矩形石墨烯片22的馈电线23。在所述电扫描太赫兹反射阵用于发射太赫兹波的情况下，所述极化滤波器2上的金属栅板21可等效为一个完整的金属地板，具有将偶极子天线12发射出的线极化波全部反射回金属片13的功能。另外，所述极化滤波器2上的矩形石墨烯片22与金属栅板21可等效为一个反射阵。矩形石墨烯片22在太赫兹频段的复合导电率是可电调的，也就是，所述等效的反射阵的反射相位是随着矩形石墨烯片22上的偏置电压变化的。因此，本实用新型公布的基于石墨烯的太赫兹反射阵就具备了可电调性，也就是可以通过改变偏置电压来实现波束扫描的目的。反射相位被电调后的线极化波被反射回环绕在偶极子天线12周围的金属片13，线极化波得到进一步的相位补偿，以便将线极化波聚焦于一点。因此，在不需要额外的透镜的情况下，所述太赫兹反射阵的辐射波束是具有高增益并自带聚焦功能的。金属片13具有的极化扭转功能使聚焦后的线极化波产生90度的极化扭转。极化扭转后的线极化波就能够通过极化滤波器2发射到自由空间。
【主权项】
1.一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器，其特征在于:所述探测器包括一个CMOS芯片(I)，还包括基于一个石墨烯的极化滤波器(2)，以及一个凹形封装盒(3)，CMOS芯片(I)位于凹形封装盒(3)内侧底部，极化滤波器(2)位于凹形封装盒(3)内侧顶部，CMOS芯片(I)通过具有的极化扭转功能的金属片(13)使聚焦后的线极化波产生极化扭转，极化扭转后的线极化波就能够通过极化滤波器(2)发射到自由空间。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器，其特征在于:所述CMOS芯片(I)是线极化太赫兹波的发射和检测单元，包括位于芯片二氧化硅底层的金属地板(11)，包括位于二氧化硅顶层的、具有高输入阻抗的、可与发射及检测电路集成于同一芯片内的偶极子天线(12)，还包括位于二氧化硅顶层的、有规律地环绕在偶极子天线(12)周围的、可产生相位补偿和极化扭转的金属片(13)。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器，其特征在于:所述极化滤波器(2)是一种反射相位可电调的、具有平面结构的极化过滤单元，包括印刷在介质基片(24)正面上的金属栅板(21)，包括印刷在介质基片(24)反面上的矩形石墨烯片(22)，还包括连接矩形石墨烯片(22)的馈电线(23)。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于石墨烯电扫描反射阵的太赫兹探测器，包括一个CMOS芯片，还包括基于一个石墨烯的极化滤波器，以及一个凹形封装盒。本实用新型针对太赫兹成像的发展需求，提供了一种成像快、体积小、成本低的太赫兹反射阵的探测器。
【IPC分类】H04N5/374, H04N5/225
【公开号】CN205179187
【申请号】CN201520650034
【发明人】胡三明, 沈一竹
【申请人】胡三明
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年8月24日