专利名称：使用光激发表面等离子体的频率变换装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种使用光激发表面等离子体的频率变换装置及方法，涉及由在半导体表面上高速移动的光脉冲引起的自由载流子(等离子体)反射电磁波、并基于被反射后的电磁波的相位变化来变换(倍增)频率的频率变换装置及方法。
背景技术：
以往，在频率小于等于1THz的电磁波区域中，作为增加、变换输入波的频率的方法，使用了利用变容二极管、各种晶体管等半导体元件所具有的电气的非线性，将元件安装到共振器内进行倍增的方式(参照非专利文献1、2)。
另外，以往，非专利文献3中记载了对静止等离子体的界面高速移动时的反射及透射波的理论性分析。非专利文献4中记载了对只有静止的电介质的界面高速移动时的反射及透射波的理论性分析。非专利文献5中记载了通过在同轴电缆上负载可变容量二极管、并使电压脉冲移动，而生成等价的移动界面，测定入射波的透射频率变化，根据多普勒效应产生频率变化而高速移动电磁场的多普勒频率转变。非专利文献6中记载了以下一种实验，即负载了以高压充电的电容器的线路中，使激光作为触发脉冲放电，生成等价的等离子体界面，调查此时发生的电磁波成为微波段。
非专利文献1E.Schlecht，G.Chattopadhyay，A.Maestrini，A.Fung，S.Martin，D.Pukala，J.Burston and I.Mehdi，“200，400 and800GHz Schottky Diode“Substrateless”MultipliersDesignand Results”2001 MMT-S International MicrowaveSymposium Digest，vol.3，pp.1649-1652，2001.
非专利文献2X.Melique，A.Maestrini，R.Farre，P.Mounaix，M.Favreau，O.Vanbesien，J-M.Goutoule，F.Mollot，G.Beaudin，T.Narhi，D.Lippens，“Fabrication andPerformance of Inp-based Heterostructure BarrierVaractors in a 250-GHz Waveguide Tripler”MicrowaveTheory and Techniques，IEEE Transactions on，vol.48，no.6，pp.1000-1006，Jun 2000.
非专利文献3M.Lampe，et al.，“Submillimeter-Wave Production byUpshifted Reflection from a Moving Ionization Front”，Year1997非专利文献4C.S.Tsai and B.A.Auld，“Wave Interaction with MovingBoundaries”，1967非专利文献5伊藤洋，早田潔，“高速移動すゐ電磁界のドツプラ一周波数遷移”，1979非专利文献6J.R.Hoffman，et al.，“High power radiation fromionization fronts in a static electric field in a waveguide”，2001发明内容但是，以往的方式中存在以下问题。
1)如果增加频率变换率(频率倍增率)则变换效率急剧下降，故实用的变换倍率最大是限制在5倍或5倍以下。
2)在超过100GHz的大于等于短毫米波的频带中，元件特性劣化并且精密且微型共振器的制作困难，其输出大幅度减少，变得不实用。
3)由于使用阻抗匹配用共振器，故其同步范围被限定。
4)由于固态元件的最大允许输入功率被限制，故不能够得到大的输出。
根据以上理由，在超过300GHz的亚毫米波段中，现状是，在根据以往技术的倍增器中，即使是2倍波，变换效率也为20％程度或小于等于它，另外输出也是小于等于10mW。
鉴于以上点，本发明的目的在于提供一种频率变换装置及方法，例如，其不使用如以往的变容二极管等具有非线性特性的固态元件，也不需要阻抗匹配用共振器等复杂的共振器结构，利用高频传送线路上的多普勒效应能够在从微波或毫米波到兆兆赫波的幅度宽的频率范围内工作。另外，本发明的目的在于，通过调整光延迟电路及高频传送线路的结构，改变光及输入输出波的传播速度，从而能够容易地调整频率变换率(频率倍增率)。
另外，本发明的目的在于，解决如下的课题。
1)能够产生大于等于100GHz的短毫米波/亚毫米波及兆兆赫波段的相干的电磁波。
2)以宽频带、高效率容易地实现超过10倍的高频率变换率。
3)通过改变输入频率，得到达到100％的宽范围内的连续性的频率可变输出。这是以具有共振器结构的以往方式不能够达到的。
4)超过1W的高输出功率在短毫米波/亚毫米波段的高频率区域也能够达成。这是因为本发明的最大允许工作功率不是由固态元件的低允许输入功率决定，而是由高频传送线路的高放电破坏电压决定。结果，能够利用具有大功率的输入波。
5)使电路制作及设计容易。
根据本发明的第一解决方案，提供一种使用光激发表面等离子体的频率变换装置，其包括基板，其被激发光激发表面等离子体，并传播输入波；高频传送线路，其形成在上述基板上，并具有第一及第二侧；和光延迟电路，其向激光提供传播时间差，对于上述基板照射该激光，从上述高频传送线路的第一或第二侧输入输入波，并在第二侧反射，将激光入射到上述光延迟电路，由上述光延迟电路，根据上述高频传送线路的线路方向的位置，生成传播时间差并使激光到达上述高频传送线路，通过激光经由上述光延迟电路在上述基板上光激发表面等离子体来短路上述高频传送线路，将在上述高频传送线路的第二侧反射后的输入波由表面等离子体进一步反射，通过该反射点向上述高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从上述高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
根据本发明的第二解决方案，提供一种使用光激发表面等离子体的频率变换装置，其包括基板，其被激发光激发表面等离子体，并传播输入波；高频传送线路，其形成在上述基板上，并具有第一及第二侧；和光延迟电路，其向激光提供传播时间差，并对于上述基板照射该激光，从上述高频传送线路的第二侧输入输入波，将激光入射到上述光延迟电路，由上述光延迟电路，根据上述高频传送线路的线路方向的位置，生成传播时间差并使激光到达上述高频传送线路，通过激光经由上述光延迟电路在上述基板上光激发表面等离子体来短路上述高频传送线路，将输入波由表面等离子体反射，通过其反射点向上述高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从上述高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
根据本发明的第三解决方案，提供一种使用光激发表面等离子体的频率变换方法，从形成在基板上的高频传送线路的第一侧输入输入波，并使其在第二侧反射，将激光入射到光延迟电路，由光延迟电路，根据高频传送线路的线路方向的位置，生成传播时间差并使激光到达高频传送线路，通过激光经由光延迟电路在基板上光激发表面等离子体来短路高频传送线路，将在高频传送线路的第二侧反射后的输入波由表面等离子体进一步反射，通过其反射点向高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
根据本发明的第四解决方案，提供一种使用光激发表面等离子体的频率变换方法，
从形成在基板上的高频传送线路的第二侧输入输入波，将激光入射到光延迟电路，由光延迟电路，根据高频传送线路的线路方向的位置，生成传播时间差并使激光到达高频传送线路，通过激光经由光延迟电路在基板上光激发表面等离子体来短路高频传送线路，将输入波由表面等离子体反射，通过其反射点向高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
图1是使用光激发表面等离子体的频率变换装置的第一实施例的结构图。
图2是使用光激发表面等离子体的频率变换方式的原理图。
图3是输入了脉冲波时的时序图。
图4是输入了连续波时的时序图。
图5是使用光激发表面等离子体的频率变换装置的第二实施例的结构图。
图6是第二实施例中的使用光激发表面等离子体的频率变换方式的原理图。
图7是使用光激发表面等离子体的频率变换装置的第三实施例的结构图。
图8是表示输入波在以速度vopt运动的等离子体界面被反射的情况的图。
图9是表示输出频率fout和功率反射率R的计算结果的图。
具体实施例方式
1.第一实施例1-1.结构图1表示使用光激发表面等离子体的频率变换装置的第一本实施例的频率变换装置包括输入部1，高频传送线路2，基板3，激光光源4，光延迟电路5，输出部6。
输入部1将输入波输入到高频传送线路2中。另外，输入部1具有例如循环器等频率识别电路。高频传送线路2形成在基板3上，并传送输入波及输出波。高频传送线路2具有例如共面线路、窄槽线路、波导管电路等。例如，高频传送线路2可以通过将至少2根线蒸镀在基板3上来形成。基板3可以使用例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、或铟系等半导体基板、绝缘性高的半导体基板。另外，本实施例中，作为一个例子，使用硅半导体基板作为基板3，高频传送线路2使用频率特性比较平坦的共面带状线路。另外，高频传送线路2(例如带状线路)为了提高匹配性可以具有向输出部6(例如波导管)的匹配部(例如变换用变细部)。激光光源4使用TiSaphire激光等合适的激光。输出部6作为输入输出分波电路(频率识别型分支电路)，具有例如波导管等各种滤波电路。另外，输出部6通过将该波导管的截止频率fcutoff设定为大于输入波的最大频率，能够使输入波全反射，只取出输出波。
光延迟电路5使激光延迟并入射到高频传送线路2及基板3上。另外，在该实施例中，光延迟电路5利用了石英中的光速的下降。光延迟电路5根据在三角形状石英中传播的激光的光程长短，并根据高频传送线路2的线路方向的位置，生成激光到达基板3的到达时间差。因此，基板3上被激发的表面等离子体从输入部1向输出部6的方向高速移动。高频传送线路2上的光激发等离子体的等价的前进速度vopt，当设光激发等离子体和电磁波的相互作用长为Lint、石英部的最大长为Ldelay时，满足下面的公式。
vopt=cLintLdelay(n-1)---(1)]]>在此，c是光速，n是电介质的折射率。由此，如果高频传送线路2中的输入波及输出波的传播速度vin及vout、相互作用长Lint被决定，则配合需要的频率变换率(频率倍增率)G可以设计光延迟电路5。另外，关于频率变换率G将在后面叙述。在此，为了由激光光源4使激光垂直入射到光延迟电路5上，在其入射面上设置比光的波长长的平坦部。因为光的波长比入射波及反射波的波长短得多，故可以忽略光波面的不连续。
另外，关于各部分不限于上述内容，可以是其他的各种电路结构。
1-2.工作图2表示使用光激发表面等离子体的频率变换方式的原理图。该电路包括高频传送线路2和光波导线路21。另外，设光波导线路21在传送线路上的长度、即光激发等离子体产生的长度(相互作用长)为Lint，设到滤波器的长度为Lt，vopt是等离子体的激发速度。在此，假设输入波的传播速度总是大于vopt。图中，通过输入部1使输出波由左侧入射，并在输出部6的波导管部或高频传送线路2的共面带状线路的端部反射。此时，当由激光光源4入射激光时，通过在光波导线路21中传播的激光通过在半导体基板的表面引起电子—空穴等离子体来短路高频传送线路2，并反射输入波(微波或毫米波)。通过其反射点与激光一起高速运动，基于和多普勒效应相同原理进行频率变换(增频变换)。并且，输出部6输出反射后的输出波。
本实施例中的频率变换率G，根据光激发等离子体的移动速度即光脉冲的延迟速度vopt和输入波及输出波在高频传送线路2传播的速度vin及vout，由以下公式决定。另外，其理论能量变换效率ξ根据工作原理变成1/G。
G=1+vopt/vin1-vopt/vout---(2)]]>下面，对输入波、激光、输出波的各脉冲的定时进行说明。
图3表示输入是脉冲波时的时序图。
输入脉冲宽度为tin的输入脉冲由高频传送线路2的左侧输入。输入脉冲在高频传送线路2中以传送速度vin朝向右侧传播，并在输出部6反射后，在高频传送线路2中以传送速度vin朝向左侧前进。在此，在输入脉冲正好在图2中的光波导线路21的左顶端时在那里激发等离子体的情况下，激光脉冲的定时时间为ta＝2Lt/vin。此时，光波导线路21上产生等离子体，并且该等离子体反射输入脉冲的同时在高频传送线路2中朝右方向前进。反射后的输出波以传送速度为vout的输出波在高频传送线路2中传送，并从激光脉冲的定时时间开始经过出射时间tb＝Lt/vout后，从输出部6作为输出脉冲输出。在此，脉冲宽度tout为tout＝(Lint/vopt)×(1-vopt/vout)或者tin×(1-vopt/vout)/(1+vopt/vin)中短的一方。
输出脉冲被输出后，如果再次输入输入脉冲，则可以反复得到输出脉冲。假设输入脉冲和激光脉冲的周期满足tperiod＞ta+tb+tout这样的条件，以该周期tperiod输出输出脉冲。另外，在半导体内的光激发载流子的衰减时间(緩和時間)忽略不计。严格地讲，能够将与该衰减时间相等的时间加到上述周期中。
然后，对输入是连续波时的情况进行说明。
图4表示输入是连续波时的时序图。
此时，输入波在高频传送线路2中从左侧向右方向以传送速度vin传播，并在输出部6被反射后，在高频传送线路2中向左方向以传播速度vin前进。在此，在任意的时间上由激光光源4将激光脉冲入射到光波导线路21中时，在高频传送线路2上产生等离子体，并且该等离子体反射输入波。反射后的输出波变成传送速度为vout的输出脉冲，在高频传送线路2中传送，并从激光脉冲的定时时间开始经过tb＝Lt/vout后，由输出部6输出。在此，输出脉冲宽度tout是tout＝(Lint/vopt)×(1-vopt/vout)。另外，对应于输出脉冲的输入的等价的脉冲宽度可以由tin＝tout(1+vopt/vin)/(1-vopt/vout)提供。假设激光脉冲的周期满足tperiod＞tb+tout这样的条件，以该周期tperiod输出输出波。
2.第二实施例2-1.结构图5表示使用光激发表面等离子体的频率变换装置的第二实施例的结构图。该实施例表示根据输入部1的输入波的馈电点在输出部6的输出滤波器一侧的例子。其他各部分的结构和第一实施例相同。
该频率变换装置包括输入部1，高频传送线路2，基板3，激光光源4，光延迟电路5，输出部6。在该实施例中，作为一个例子，在输入部1的输入波的馈电中使用最简单且一般的同轴线路，但除此之外也可以使用微带状线路、波导管。另外，供给输入波的结构如果还考虑馈电位置、形状，则其组合有很多，可以适当构成。该结构根据使用的频率及其范围、并且根据输出的使用用途来选择。
由输入部1提供的输入波由同轴线路馈电到高频传送线路2的共面带状线路中。该输入波在输出部6的滤波器部(波导管型高通滤波器)或高频传送线路2的共面带状线路的端部全反射(或者大致全反射)，故传播到光延迟电路5侧。为使该传播功率为最大，调整输出部6的输出滤波器与输入部1的同轴线路之间的距离(馈电点位置)。另外，同轴线路与共面带状线路之间的连接线利用输出频率fout高于输入频率fin，对于输出频率fout调整其长度，使其具有足够大的阻抗。这样，可以防止输出功率流向输入部1的输入用同轴线路侧，而将其大部分传送到输出部6的输出滤波器侧。
另外，在第二实施例中，为将输入功率高效率地送到电路中，需要按照输入频率fin调整从输出部6的输出滤波器到输入部1的输入波的馈电位置的距离。因此，在位置固定的电路中，有时其工作频率范围被限制。对此，在第一实施例(馈电位置在左侧)中，因为没有这样的限制，故能够在更宽频带中工作。
2-2.工作图6表示第二实施例中的使用光激发表面等离子体的频率变换方式的原理图。
在该图中，表示将图2中的输入波从高频传送线路2的右侧入射的情况，关于高频传送线路2、光波导线路21是一样的。输入波由输入部1从高频传送线路2的右侧输入。此时，当由激光光源4入射激光时，在光波导线路21中传播的激光则通过在半导体基板的表面上引起电子—空穴等离子体而短路高频传送线路2、并反射输出波(微波或毫米波)。通过其反射点与激光一起高速运动，基于和多普勒效应相同原理进行频率变换(增频变换)。并且，输出部6输出反射后的输出波。另外，输出部6的频率识别用分波电路(频率滤波器)可以使用例如不是共振器结构，而是仅利用输入输出的频率差进行路径分配的结构。频率变换率G与在第一实施例中说明的频率变换率相同。另外，关于时序图，由于来自输入部1的输入波从高频传送线路2的右侧输入，因此第一实施例的定时时间ta为定时时间ta’＝Lt/vin。
3.第三实施例在第一及第二实施例中处理了入射波的大致连续的反射。但是，根据本发明的工作原理，即使由光激发等离子体引起的反射点不连续移动，也能够进行频率变换动作。
图7表示使用光激发表面等离子体的频率变换装置的第三实施例的结构图。该实施例中，光延迟电路5中使用了光纤。
该频率变换装置包括输入部1，高频传送线路2，基板3，激光光源4，光延迟电路50，输出部6。光延迟电路50以外的结构与第一实施例相同。另外，在该实施例中，共面带状的线之间，作为光延迟电路50设置有光纤，并以与其相邻的光纤截面的中心间的间隔为d进行排列。另外，相邻光纤的间隔可以没有。在此，如果设相邻光纤之间的时间延迟为tdelay，则第n个光纤的时间延迟为n×tdelay。通过调整光纤的长度、改变相邻光纤之间的延迟时间tdelay，能够比较自由地决定有效的光等离子体的移动速度vopt。另外，此时在高频传送线路2上传播的光等离子体的移动速度vopt可以由以下公式决定。
vopt＝d/tdelay(3)该结构的优点在于可以比较小型且自由度高地设计光延迟电路50。另外，该结构中，输出波的频率fout除含有输入波的频率fin的单纯的频率变换率为G倍的频率成分以外，还含有由波形的不连续生成的高次谐波成分。但是，通过将相邻的光纤的间隔d设定为小于等于与高频传送线路2中的输入波的1个波长相当的距离的1/4，能够大幅度地减少其成分。
另外，在本实施例中，也可以如第二实施例那样，可以将输入部1配置在高频传送线路2的右侧等来适当地构成电路。另外，当输入部1配置在高频传送线路2的左侧时，动作与第一实施例相同，在高频传送线路2的右侧时，动作与第二实施例相同。
4.频率变换式下面，对公式(2)的导出进行说明。
图8表示输入波在以速度vopt运动的等离子体边界反射的情况的图。
公式(2)更加一般化地表示根据多普勒效应的频率变换式，公式的导出本身与通常的公式完全一样。如图中所示，输入波在以速度vopt运动的等离子体边界反射。此时，有这样一种原理(the principle of phase equality)，即输入波及输出波在界面上的相位变化必须相同(参照C.S.Tsai and B.A.Auld，“WaveInteraction with Moving Boundaries”，J.Appl.Phys.，vol.38，no.5，pp.2106-2115，1967.)。
由此，下式成立。
ωin+kinvopt＝ωout-koutvopt(4)在此，ω表示频率，k表示传播常数。改变公式(4)得到下式。下标in、out分别表示输入波及输出波。
G=ωoutωin=1+voptkinωin1-voptkoutωout---(5)]]>在此，利用vin＝ωin/kin、vout＝ωout/kout的关系，可以导出公式(2)。
另外，作为参考，如果波传播的介质均匀，没有频率特性，即vin＝vout时，波的传播介质是自由空间(vin＝vout＝c，c光速)时，变成如下。
G=ωoutωin=1+vopt/c1-vopt/c]]>5.实例图9是表示输出频率fout与功率反射率R的计算结果的图。图9(a)表示频率变换率G＝10的情况，图9(b)表示频率变换率G＝20的情况。参数是由激光引起的硅板中的等离子体(载流子)密度np。计算条件如下。
·输入波频率fin；10GHz～50GHz·输出波频率fout；100GHz～500GHz(频率变换率G＝10)200GHz～1000GHz(频率变换率G＝20)·激光；TiSaphire激光系统波长532nm最大输出能量1mJ脉冲宽度2psec·高频传送线路2；种类共面带状线路线路阻抗100Ω线间距离20μm传播速度c/2.5(假设为一定)相互作用距离Lint30mm该计算中，为使分析容易，假设高频传送线路2上的输入波及输出波的传播速度在计算的全范围中固定。实际上，如果频率超过了500GHz，则传播速度降低，结果，频率变换率G变大，但在该计算中忽略其效果。另外，基于相同的理由，设高频传送线路2中没有传播损失而进行计算。从该结果中可知，使用载流子密度为1021cm-3(相当于1mJ脉冲能量)的比较低密度的半导体等离子体，1THz的电磁波能够以大于等于功率反射率R＝80％得到。如果，使用具有100W的功率的输入波，则作为输出功率可以得到80W。该值是在以前的固态装置中不能够达成的值。
考虑输入波及输出波的脉冲宽度的变换的全体的能量变换效率ξ为功率反射率R的1/G，即R/G。因此，在图9(a)的结果中，频率变换率G＝10、输出频率fout＝500GHz、功率反射率R＝90％相当于能量变换效率ξ＝9％，另外，在图9(b)的结果中，频率变换率G＝20、输出频率fout＝1000GHz、功率反射率R＝85％相当于能量变换效率ξ＝4.2％。考虑高频率变换率G时，这些能量变换效率ξ的值是足够高的值。这样，根据本实施例的频率变换装置及方法在高输出/高频发生中有用。由此，使以前只能由克莱斯管等电子管得到的高输出脉冲发生成为可能，并且能够应用于只由固态装置构成的小型毫米波段雷达系统等。
本实施例中，设想光激发等离子体自身静止，并只有其界面在运动。此时，与发射体实际运动时的情况不同，不会引起反射波振幅的增幅。因此，在理想的条件下，功率变换效率ηp为1，能量变换效率ξ根据反射波的脉冲宽度压缩效应变成1/G。另外，频率变换时的能量变换效率ξ的下降不依赖于工作频率本身。
产业上的利用的可能性如上所述，根据本发明能够提供一种频率变换装置及方法，例如，其不使用如以往的变容二极管等具有非线性特性的固态元件，也不需要阻抗匹配用共振器等复杂的共振器结构，利用高频传送线路上的多普勒效应能够在从微波或毫米波到兆兆赫波的宽的频率范围内工作。另外，根据本发明，通过调整光延迟电路及高频传送线路的结构，改变光及输入输出波的传播速度，从而能够容易地调整频率变换(频率倍增率)。
并且，根据本发明，能够取得如下的效果。
1)能够产生大于等于100GHz的短毫米波/亚毫米波及兆兆赫波段的相干的电磁波。
2)以宽频带、高效率容易地实现超过10倍的高频率变换率。
3)通过改变输入频率，能够得到达到100％的宽范围内的连续的频率可变输出。这是具有共振器结构的以往方式不能够达到的。
4)在短毫米波/亚毫米波段的高频率区域也能够达到超过1W的高输出功率。这是因为本发明的最大允许工作功率不是由固态元件的低的允许输入功率决定，而是由高频传送线路的高的放电破坏电压决定。结果，能够利用具有大功率的输入波。
5)使电路制作及设计容易。
权利要求
1.一种使用光激发表面等离子体的频率变换装置，包括基板，其被激发光激发表面等离子体，并传播输入波；高频传送线路，其形成在上述基板上，并具有第一及第二侧；和光延迟电路，其向激光提供传播时间差，对于上述基板照射该激光，从上述高频传送线路的第一或第二侧输入输入波，并使其在第二侧反射，将激光入射到上述光延迟电路，由上述光延迟电路，根据上述高频传送线路的线路方向的位置，生成传播时间差并使激光到达上述高频传送线路，通过激光经由上述光延迟电路在上述基板上光激发表面等离子体来短路上述高频传送线路，将在上述高频传送线路的第二侧反射后的输入波由表面等离子体进一步反射，通过其反射点向上述高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从上述高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
2.一种使用光激发表面等离子体的频率变换装置，包括基板，其被激发光激发表面等离子体，并传播输入波；高频传送线路，其形成在上述基板上，并具有第一及第二侧；和光延迟电路，其向激光提供传播时间差，对于上述基板照射该激光，从上述高频传送线路的第二侧输入输入波，将激光入射到上述光延迟电路，由上述光延迟电路，根据上述高频传送线路的线路方向的位置，生成传播时间差并使激光到达上述高频传送线路，通过激光经由上述光延迟电路在上述基板上光激发表面等离子体来短路上述高频传送线路，将输入波由表面等离子体反射，通过其反射点向上述高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从上述高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
3.如权利要求1或2所述的使用光激发表面等离子体的频率变换装置，还包括输出部，该输出部通过将截止频率设定为大于输入波的最大频率，使输入波反射，并透射输出波。
4.如权利要求1或2所述的使用光激发表面等离子体的频率变换装置，频率变换率或频率倍增率G，根据光激发等离子体的移动速度vopt和输入波及反射波的在上述高频传送线路上传播的速度vin及vout，由下式决定G=1+vopt/vin1-vopt/vout.]]>
5.如权利要求1或2所述的使用光激发表面等离子体的频率变换装置，上述光延迟电路含有三角形状的石英，被配置成使激光的传播距离在上述高频传送线路的第一侧短、在第二侧长，使激光对于上述基板垂直地入射到上述光延迟电路，利用在石英中的光速降低的差来移动光激发等离子体。
6.如权利要求5所述的利用光激发表面等离子体的频率变换装置，其特征在于，在上述光延迟电路的激光的入射面，以阶梯形状设置了多个与激光的入射方向垂直、长于激光波长的平坦部。
7.如权利要求1或2所述的使用光激发表面等离子体的频率变换装置，上述光延迟电路在上述高频传送线路的线间包括以规定间隔排列的多个光纤，被配置成使激光的传播距离在上述高频传送线路的第一侧短、在第二侧长，使激光入射到上述光延迟电路中，利用在多个光纤中的光速降低的差来移动光激发等离子体。
8.如权利要求1或2所述的使用光激发表面等离子体的频率变换装置，其特征在于，上述高频传送线路由共面线路或窄槽线路构成。
9.一种使用光激发表面等离子体的频率变换方法，从形成在基板上的高频传送线路的第一侧输入输入波，并使其在第二侧反射，将激光入射到光延迟电路，由光延迟电路，随着高频传送线路的线路方向的位置的变化，生成传播时间差并使激光到达至高频传送线路，通过激光经由光延迟电路在基板光激发表面等离子体来短路高频传送线路，将在高频传送线路的第二侧反射后的输入波由表面等离子体进一步反射，通过该反射点向高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
10.一种使用光激发表面等离子体的频率变换方法，从形成在基板上的高频传送线路的第二侧输入输入波，将激光入射到光延迟电路，由光延迟电路，随着高频传送线路的线路方向的位置的变化，生成传播时间差并使激光到达至高频传送线路，通过激光经由光延迟电路在基板上光激发表面等离子体来短路高频传送线路，将输入波由表面等离子体反射，通过其反射点向高频传送线路的第二侧移动来根据多普勒效应的原理进行输入波的频率变换，从高频传送线路的第二侧输出频率变换后的输出波。
11.如权利要求9或10所述的使用光激发表面等离子体的频率变换方法，通过将截止频率设定为大于输入波的最大频率，使输入波反射，并透射输出波。
12.如权利要求9或10所述的使用光激发表面等离子体的频率变换方法，其特征在于，频率变换率或频率倍增率G，根据光激发等离子体的移动速度vopt和输入波及反射波在高频传送线路上传播的速度vin及vout，由下式决定G=1+vopt/vin1-vopt/vout.]]>
13.如权利要求9或10所述的使用光激发表面等离子体的频率变换方法，其中，由上述光延迟电路，使激光的传播距离在高频传送线路的第一侧短、在第二侧长，利用激光的由于光延迟电路的光速降低的差来移动光激发等离子体。
全文摘要
本发明提供一种频率变换装置，其不使用具有非线性特性的固态元件，也不需要复杂的共振器结构，能够在从微波到兆兆赫波的宽的频率范围内工作。由输入部(1)将输入波入射到高频传送线路(2)，并在输出部(6)的波导管部反射。入射根据由激光光源(4)入射激光，光延迟电路(5)使激光延迟后照射到高频传送线路(2)及基板(3)。经由光延迟电路(5)激光在半导体等基板(3)表面激发电子—空穴等离子体来短路高频传送线路(2)、反射入射波。通过其反射点与激光共同高速运动，从而基于与多普勒效应相同原理进行频率变换。输出部(6)全反射输入波，只取出输出波。
文档编号H03D7/00GK1748361SQ20048000383
公开日2006年3月15日 申请日期2004年2月9日 优先权日2003年2月10日
发明者裴钟石 申请人:独立行政法人科学技术振兴机构