一种光纤集成化的太赫兹电光采样探头及制造方法与流程

本申请涉及信号计量检测，尤其涉及一种光纤集成化的太赫兹电光采样探头。

背景技术：

1、太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy，thz-tds)技术是一种电磁辐射相干检测技术，能同时获得太赫兹波脉冲与物质相互作用的电场强度和相位信息，具有检测信号频带宽、成像分辨力高、抗干扰能力强、波谱信息丰富等优势，目前已经广泛应用于特种材料检测、安全防暴检测、生物武器感测等国防军工领域。然而，基于分离器件的传统太赫兹时域光谱测试系统受限于自由空间测试色散效应和太赫兹波衍射效应的影响，普遍存在光耦合效率低、测试环境对太赫兹波的强烈吸收以及分立系统尺寸大无法便携等不足，严重限制了其在未来太赫兹技术发展中的至高地位。

2、太赫兹电光采样探头作为thz-tds测试系统的核心器件之一，其大小和性能直接影响系统的体积和信号时域波形测量的准确度。因此，为满足thz-tds测试系统微型化和便携式的发展趋势，进一步增强thz-tds测试系统整体性能和实用化，需要一种光纤集成化的太赫兹电光采样探头解决传统thz-tds测试系统光耦合效率低、空间占有大、测试调节繁琐等不足，为太赫兹时域光谱测试技术的未来发展奠定基础。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种光纤集成化的太赫兹电光采样探头及其制造方法，解决了现有技术光耦合效率低、空间占有大的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种光纤集成化的太赫兹电光采样探头，包含传输互联模块、电光芯片和透镜光纤耦合模块。所述传输互联模块包含腔体、载物波导、载物平台、过渡部和光耦合预制孔。所述载物波导设置在所述腔体中部。所述载物平台设置在载物波导内部，一侧平面用于设置电光芯片。所述过渡部分别通过波导连接载物平台两端，用于接收太赫兹波脉冲信号传输至载物平台。两个所述光耦合预制孔，设置在传输互联模块垂直于载物平台平面的两侧。所述透镜光纤耦合模块，用于接收激光耦合进光电芯片行波电极的缝隙，位置与两侧光耦合预制孔正对。

3、在其中一个实施例中，还包含偏振分束器，用于接收输出端出射的探测光，分离探测光的偏振态。

4、在其中一个实施例中，所述过渡部包含馈入波导、探针和探针过渡结构。太赫兹波脉冲信号依次通过馈入波导、探针和探针过渡结构进入电光芯片。

5、在其中一个实施例中，所述透镜光纤耦合模块，包含分束整形结构和传输光纤。所述分束整形结构，使用透镜光纤或带尾纤的准直器。所述传输光纤，连接透镜光纤或尾纤，用于向分束整形结构输入激光。

6、在其中一个实施例中，所述馈入波导为同轴波导。所述同轴波导与载物波导同轴。所述探针为绝缘子探针，用于同轴波导与载物平面结构过渡。所述探针过渡，一端与绝缘子探针相连，另一端与电光芯片相连。

7、在其中一个实施例中，所述馈入波导为矩形波导。所述矩形波导为渐变倒切角减高波导。所述探针为e面探针，e面探针通过减高波导宽壁中心平行于纵轴的孔插入矩形波导结构。所述探针过渡为指数渐变结构。

8、在其中一个实施例中，所述透镜光纤包含锥形透镜光纤和表面金层。所述锥形透镜光纤锥角为90°，曲率半径为1.5m。所述表面金层为锥形透镜光纤涂覆层外侧覆盖纳米级厚度金层，用于封装传输互联模块和透镜光纤耦合模块。

9、在其中一个实施例中，所述带尾纤的准直器包含光纤、格林棱镜、玻璃套管和金属套管。所述格林棱镜和玻璃套管均设置在金属套管内，并通过金属套管对准。所述格林棱镜焦距1.01mm，直径1.5mm。所述光纤一端设置在玻璃套管内，并通过玻璃套管对准格林棱镜，另一端伸出玻璃套管和金属套管，连接传输光纤。

10、在其中一个实施例中，工作频率低于0.11thz频段采用同轴接口。工作频率高于0.11thz频段采用矩形波导接口。

11、另一方面，本申请实施例还提供一种电光采样探头制造方法，用于制造第一方面任意一项实施例所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，包含步骤：

12、微加工技术制作传输互联模块的腔体；

13、研磨制造透镜光纤耦合系统中透镜光纤，通过磁控溅射获得表面金属化；

14、电镀工艺制造电光芯片行波电极；

15、金丝键合工艺电连接电光芯片上行波电极与探针过渡结构；

16、透镜光纤耦合模块通过热阻焊工艺封装传输互联模块两侧光耦合预制孔。

17、本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

18、本申请可以有效降低thz-tds测试系统的整体体积和成本，增强系统测试稳定性、灵活性，降低调试难度，还可以自由切换测试模式，可广泛应用于科学研究和工业领域的太赫兹光谱测试及成像。

技术特征：

1.一种光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，包含传输互联模块、电光芯片和透镜光纤耦合模块；

2.根据权利要求1所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，还包含偏振分束器，用于接收输出端出射的探测光，分离探测光的偏振态。

3.根据权利要求1所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，所述过渡部包含馈入波导、探针和探针过渡结构；

4.根据权利要求1所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，所述透镜光纤耦合模块，包含分束整形结构和传输光纤；

5.根据权利要求3所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，所述馈入波导为同轴波导；

6.根据权利要求3所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，所述馈入波导为矩形波导；

7.根据权利要求4所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，所述透镜光纤包含锥形透镜光纤和表面金层；

8.根据权利要求4所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，所述带尾纤的准直器包含光纤、格林棱镜、玻璃套管和金属套管；

9.根据权利要求1-8任意一项所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，其特征在于，

10.一种电光采样探头制造方法，其特征在于，用于制造权利要求1-9任意一项所述光纤集成化的太赫兹电光采样探头，包含步骤：

技术总结
本申请公开了一种光纤集成化的太赫兹电光采样探头及制造方法，解决了现有技术光耦合效率低、空间占有大的问题。光纤集成化的太赫兹电光采样探头，包含：传输互联模块包含腔体、载物波导、载物平台、过渡部和光耦合预制孔。载物波导设置在所述腔体中部。载物平台设置在载物波导内部，一侧平面用于设置电光芯片。过渡部连接载物平台两端。两个所述光耦合预制孔，设置在传输互联模块垂直于载物平台平面的两侧。两个透镜光纤耦合模块分别设置的腔体外侧，位置与两侧光耦合预制孔正对。本申请可以有效降低THz‑TDS测试系统的整体体积和成本，增强系统测试稳定性、灵活性，降低调试难度。

技术研发人员：李颖,赵珞,马红梅,谢文,龚鹏伟,刘健纯,刘爽,于伟华,许迪迪
受保护的技术使用者：北京无线电计量测试研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15