一种低功耗太赫兹放大器的制作方法

1.本发明涉及太赫兹光谱成像技术领域，具体为一种低功耗太赫兹放大器。


背景技术：

2.太赫兹波与其他波段的电磁辐射一样可以用来对物体成像，而且根据太赫兹的大多物质在太赫兹波段都可有指纹谱等特性，使太赫兹成像相比其他成像方式更具优势。1995年，hu等在thz-tds系统中增加二维扫描平移台，首次实现脉冲太赫兹时域光谱成像，并成功对树叶、芯片等被测样品成像。由于这种成像方法获得的被测样品的光谱信息，不仅能够实现结构成像，而且能够实现功能成像，随着对太赫兹波新特性的深入了解，太赫兹成像技术快速发展起来，涌现出了许多诸如太赫兹二维电光取样成像、层析成像、太赫兹啁啾脉冲时域场成像、近场成像、太赫兹连续波成像等，可应用与生物医学、质量检测、安全检查、无损检测等众多领域。
3.thz光放大器(太赫兹放大器)，顾名思义，就是一类能够对前级thzqcl输出的thz光进行放大的器件，使用此类器件可以获得更高的输出光功率，对拓展thzqcl的应用范围和加快thzqcl的实用化进程有实际意义，也是未来thz片上集成光学系统中不可或缺的部件，太赫兹放大器在运转的过程中会产生一定的热量，不得不采用制冷系统来控制光源温度，从而抬高太赫兹放大器的复杂性以及相应的造价成本，同时使装置整体的功耗增加，因此我们需要提出一种低功耗太赫兹放大器。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种低功耗太赫兹放大器，利用反射原理将光线进行反射，从而提高光线的接收面积，这样就能够不需要太大功耗的增大器，降低了发热功率以及实际功率，解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低功耗太赫兹放大器，包括半绝缘gaas衬底、位于所述半绝缘gaas衬底上表面的gaas缓冲层；位于所述gaas缓冲层上表面的n型重掺杂下接触层；位于所述n型重掺杂下接触层上表面的有源区；位于所述有源区上表面的n型重掺杂上接触层；位于所述n型重掺杂上接触层上表面且彼此分隔的上电极金属层，其中各组所述上电极金属层之间设有凹至gaas缓冲层的深隔离槽；以及位于所述n型重掺杂下接触层表面及有源区两侧的下电极金属层，所述上电极金属层的外部设置有光线放大机构，且所述光线放大机构包括外壳，且所述外壳设置为向内凹陷形结构，且所述外壳的内侧安装有光纤耦合镜、第一波分复用器、第二波分复用器、多个光纤放大器及光纤准直镜，其中光纤耦合镜穿设在反射镜上对应于一个光束入射点处，所述光纤耦合镜输入端为光线放大机构输入端口，接收窄带探测光束，所述光纤耦合镜输出端连接至第一波分复用器输入端，所述第一波分复用器输出端分别连接至各光纤放大器输入端，所有光纤放大器输出端皆连接至第二波分复用器输入端，所述光纤准直镜穿设在反射镜上对应于反射路径中的后续光束入射点处，所述第二波分复用器输出端连接至光纤准直镜输入端，所述光纤
准直镜输出端为光线放大机构输出端口，所述光纤准直镜使经功率放大的窄带探测光束对准反射路径中的下一光束入射点射出，波分复用器的分光波长和光纤放大器的放大波长分别与窄带探测光束波长相对应。
6.进一步，所述低功耗太赫兹放大器根据各上电极金属层分为主波导段，和位于所述主波导段两端、且对称分布的至少两个耦合腔波导段，所述主波导段和耦合腔波导段在水平方向上呈一条直线分布。
7.进一步，所述深隔离槽的长度l6范围为5～15μm，且所述主波导段的长度l1范围为1～2mm，所述耦合腔波导段的长度小于主波导段的长度，所述各耦合腔波导段的长度相等，通过传输矩阵法设计得到所述耦合腔波导段以及深隔离槽的长度。
8.进一步，所述太赫兹量子级联光放大器包括位于所述主波导段两端、且对称分布的四个耦合腔波导段，所述主波导段和耦合腔波导段的宽度相等，所述有源区为束缚态到连续态跃迁结构、共振声子结构、或啁啾晶格结构中的一种。
9.进一步，所述光纤耦合镜通过阻尼万向球安装于外壳的内部，且所述光纤耦合镜分层排布，且位于不同层次的所述光纤耦合镜之间为等距分布设置，且所述光线放大机构的光纤耦合镜在反射路径上的位置居于在前的光线放大机构的光纤准直镜之后，使得自在前的光线放大机构的光纤准直镜射出的窄带探测光束进入在后的光线放大机构的光纤耦合镜。
10.进一步，所述半绝缘gaas衬底和gaas缓冲层之间设置有波导芯层，且所述半绝缘gaas衬底在thz波段的折射率大于波导芯层在thz波段的折射率，半绝缘gaas衬底的厚度大于三倍波导芯层的厚度。
11.进一步，所述主波导段设置为慢波结构，且所述慢波结构包括金属板、扇形隔片、外环、耦合槽和电子束孔，所述金属板被设置沿着所述外环的径向方向固接于所述外环内壁，所述扇形隔片的一侧扇形面被设置固接于所述金属板的一侧表面，且所述扇形隔片长弧面与所述外环内壁固接，所述耦合槽形成于与扇形隔片位于同一侧的所述金属板的表面，且所述耦合槽长度方向为所述金属板径向方向，所述电子束孔对称于所述金属板圆心并被配置在所述金属板上，且所述金属板的两侧表面上还配置有对应于所述电子束孔孔径的环状凸起。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.本发明利用反射原理将光线进行反射，从而提高光线的接收面积，这样就能够不需要太大功耗的增大器，降低了发热功率以及实际功率，且光纤耦合镜的角度可以调节，从而提高适用范围。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图。
15.图中：1、半绝缘gaas衬底；2、gaas缓冲层；3、n型重掺杂下接触层；4、有源区；5、n型重掺杂上接触层；6、上电极金属层；7、深隔离槽；8、下电极金属层；9、波导芯层；20、光线放大机构；201、外壳；202、第一波分复用器；203、第二波分复用器；204、光纤放大器；205、光纤准直镜；206、光纤耦合镜。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种低功耗太赫兹放大器，包括半绝缘gaas衬底1、位于半绝缘gaas衬底1上表面的gaas缓冲层2；位于gaas缓冲层2上表面的n型重掺杂下接触层3；位于n型重掺杂下接触层3上表面的有源区4；位于有源区4上表面的n型重掺杂上接触层5；位于n型重掺杂上接触层5上表面且彼此分隔的上电极金属层6，其中各组上电极金属层6之间设有凹至gaas缓冲层2的深隔离槽7；以及位于n型重掺杂下接触层3表面及有源区4两侧的下电极金属层8，上电极金属层6的外部设置有光线放大机构20，且光线放大机构20包括外壳201，且外壳201设置为向内凹陷形结构，且外壳201的内侧安装有光纤耦合镜206、第一波分复用器202、第二波分复用器203、多个光纤放大器204及光纤准直镜205，其中光纤耦合镜206穿设在反射镜上对应于一个光束入射点处，光纤耦合镜206输入端为光线放大机构20输入端口，接收窄带探测光束，光纤耦合镜206输出端连接至第一波分复用器202输入端，第一波分复用器202输出端分别连接至各光纤放大器204输入端，所有光纤放大器204输出端皆连接至第二波分复用器203输入端，光纤准直镜205穿设在反射镜上对应于反射路径中的后续光束入射点处，第二波分复用器203输出端连接至光纤准直镜205输入端，光纤准直镜205输出端为光线放大机构20输出端口，光纤准直镜205使经功率放大的窄带探测光束对准反射路径中的下一光束入射点射出，波分复用器的分光波长和光纤放大器204的放大波长分别与窄带探测光束波长相对应。
18.进一步，低功耗太赫兹放大器根据各上电极金属层6分为主波导段，和位于主波导段两端、且对称分布的至少两个耦合腔波导段，主波导段和耦合腔波导段在水平方向上呈一条直线分布。
19.进一步，深隔离槽7的长度l6范围为5～15μm，且主波导段的长度l1范围为1～2mm，耦合腔波导段的长度小于主波导段的长度，各耦合腔波导段的长度相等，通过传输矩阵法设计得到耦合腔波导段以及深隔离槽7的长度。
20.进一步，太赫兹量子级联光放大器包括位于主波导段两端、且对称分布的四个耦合腔波导段，主波导段和耦合腔波导段的宽度相等，有源区4为束缚态到连续态跃迁结构、共振声子结构、或啁啾晶格结构中的一种。
21.进一步，光纤耦合镜206通过阻尼万向球安装于外壳201的内部，且光纤耦合镜206分层排布，且位于不同层次的光纤耦合镜206之间为等距分布设置，且光线放大机构20的光纤耦合镜206在反射路径上的位置居于在前的光线放大机构20的光纤准直镜205之后，使得自在前的光线放大机构20的光纤准直镜205射出的窄带探测光束进入在后的光线放大机构20的光纤耦合镜206。
22.进一步，半绝缘gaas衬底1和gaas缓冲层2之间设置有波导芯层9，且半绝缘gaas衬底1在thz波段的折射率大于波导芯层9在thz波段的折射率，半绝缘gaas衬底1的厚度大于三倍波导芯层9的厚度。
23.进一步，主波导段设置为慢波结构，且慢波结构包括金属板、扇形隔片、外环、耦合
槽和电子束孔，金属板被设置沿着外环的径向方向固接于外环内壁，扇形隔片的一侧扇形面被设置固接于金属板的一侧表面，且扇形隔片长弧面与外环内壁固接，耦合槽形成于与扇形隔片位于同一侧的金属板的表面，且耦合槽长度方向为金属板径向方向，电子束孔对称于金属板圆心并被配置在金属板上，且金属板的两侧表面上还配置有对应于电子束孔孔径的环状凸起。
24.本发明利用反射原理将光线进行反射，从而提高光线的接收面积，这样就能够不需要太大功耗的增大器，降低了发热功率以及实际功率，且光纤耦合镜206的角度可以调节，从而提高适用范围。
25.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。