一种全反射式太赫兹电控相控阵系统

本发明涉及光电器件，尤其涉及一种全反射式太赫兹电控相控阵系统。

背景技术：

1、太赫兹波段有很多独特的优势，在未来的“6g”通信，高精度成像等领域有巨大潜力，但由于缺乏有效的相位调制手段，太赫兹相控阵技术进展十分缓慢。

2、专利us 10197793 b2公开了一种全反射相位调制器，通过给导电层施加电压，改变导电层载流子浓度，从而改变导电层的导电率，最终可以产生不同的相位调制效果。在其附图3中给出了当棱镜折射率n1＝3，周围介质折射率n2＝1，太赫兹波的频率f＝0.5thz的条件下，出射光与入射光之间的相位差与导电层导电率之间的函数关系。

3、专利cn 110346997 a公开了一种谐振腔型太赫兹强度调制器，使用了具有亚波长的金属光栅，且其光栅周期远小于太赫兹波的波长。在金属光栅的狭缝中，由于非振荡的电场增强效应，近场电场可以在宽带范围内增强。在整个频段内导电层对太赫兹波的吸收强度都得以提高，增大了太赫兹空间调制器在宽频段内的调制深度。然而，现有太赫兹波束缺乏有效的相位调制手段。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全反射式太赫兹电控相控阵系统，旨在解决现有太赫兹波束缺乏有效的相位调制手段的问题。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，包括：支撑板以及设置于所述支撑板上的阵列单元，所述阵列单元包括太赫兹相位调制器、棱镜以及一个或若干个太赫兹源；

4、其中，所述太赫兹相位调制器包括依次设置的基底层、导电层、金属线栅、封装层以及金属反射层。

5、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述太赫兹源选自太赫兹返波管、太赫兹扩展互作用速调管、太赫兹行波管、太赫兹回旋管、自由电子激光器、同步加速器中的一种或多种，所述太赫兹源的工作频率为0.1-10thz。

6、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述棱镜为等腰直角三角形棱镜。

7、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述棱镜的材质选自高阻硅、本征砷化镓、蓝宝石、熔融石英、聚四氟乙烯、尼龙、高密度聚乙烯中的一种或多种。

8、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述基底层的材质选自砷化镓、锗、蓝宝石、高阻硅、碳化硅、氮化镓中的一种或多种。

9、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述导电层的材质选自单层石墨烯、轻掺杂的砷化镓、轻掺杂的硅、轻掺杂的氮化镓、轻掺杂的铟氮化镓和轻掺杂的磷化铟中的一种或多种，所述导电层的掺杂浓度为1×1013cm-3～1×1018cm-3。

10、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述封装层的材质选自聚二甲基硅氧烷、单晶硅、玻璃、石英、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、环状烯烃共聚物、陶瓷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、光刻胶、聚酰亚胺、全氟烷氧基和氟化乙丙烯中的一种或多种。

11、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述金属线栅及金属反射层的材质分别选自金、银、铜、铝、铬、钛中的一种或多种。

12、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述金属线栅的厚度为50～500nm，所述金属线栅的宽度为50～500nm。

13、所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其中，所述若干阵列单元的分布方式为m×n阵列，其中，m＞1，n＞1，所述太赫兹源的个数小于m×n。

14、有益效果：本发明公开了一种全反射式太赫兹电控相控阵系统，其工作原理为：太赫兹源发出太赫兹波，经剖面反射镜反射后整形成准直光束，经过太赫兹相位调制器顶部的金属反射层反射后入射进上一个棱镜中，再经过导电层与金属线栅从全反射棱镜出射；金属线栅与导电层之间的接触为肖特基接触，导电层中的载流子浓度可以通过对金属线栅施加外部电压调节，从而调节太赫兹信号。本发明将相位调制器集成在阵列单元中，通过电压独立控制每个阵列单元实现调节太赫兹信号的相位，结构简单，可以实现大规模布阵，易于工程化。

技术特征：

1.一种全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，包括：支撑板以及设置于所述支撑板上的阵列单元，所述阵列单元包括太赫兹相位调制器、棱镜以及一个或若干个太赫兹源；

2.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述太赫兹源选自太赫兹返波管、太赫兹扩展互作用速调管、太赫兹行波管、太赫兹回旋管、自由电子激光器、同步加速器中的一种或多种，所述太赫兹源的工作频率为0.1-10thz。

3.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述棱镜为等腰直角三角形棱镜。

4.根据权利要求3所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述棱镜的材质选自高阻硅、本征砷化镓、蓝宝石、熔融石英、聚四氟乙烯、尼龙、高密度聚乙烯中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述基底层的材质选自砷化镓、锗、蓝宝石、高阻硅、碳化硅、氮化镓中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述导电层的材质选自、轻掺杂的砷化镓、轻掺杂的硅、轻掺杂的氮化镓、轻掺杂的铟氮化镓和轻掺杂的磷化铟中的一种或多种，所述导电层的掺杂浓度为1×1013cm-3～1×1018cm-3。

7.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述封装层的材质选自聚二甲基硅氧烷、单晶硅、玻璃、石英、尼龙、聚乙烯、聚丙烯、环状烯烃共聚物、陶瓷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氯乙烯、光刻胶、聚酰亚胺、全氟烷氧基和氟化乙丙烯中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述金属线栅及金属反射层的材质分别选自金、银、铜、铝、铬、钛中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述金属线栅的厚度为5nm～500nm，所述金属线栅的宽度为50nm～500μm。

10.根据权利要求1所述的全反射式太赫兹电控相控阵系统，其特征在于，所述若干阵列单元的分布方式为m×n阵列，其中，m＞1，n＞1，所述太赫兹源的个数小于m×n。

技术总结
本发明公开了一种全反射式太赫兹电控相控阵系统，其工作原理为：太赫兹源发出太赫兹波，经过太赫兹相位调制器顶部的金属反射层反射后入射进上一个棱镜中，再经过导电层和金属线栅从全反射棱镜出射；金属线栅与导电层之间的接触为肖特基接触，导电层中的载流子浓度可以通过对金属线栅施加外部电压调节，从而调节太赫兹信号。本发明将相位调制器集成在阵列单元中，通过电压独立控制每个阵列单元实现太赫兹信号的相位调节。本发明使用外置的太赫兹源，可以使用更大功率的源探测远距离目标。太赫兹相控阵有更短的工作波长和更好的波束指向性，因此可以实现更高的分辨率，有利于探测小目标；与红外和可见光相控阵相比，有更好的穿透能力和抗干扰能力。

技术研发人员：孙怡雯,刘旭东,林子博
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15