專利名稱：一種可控太赫茲波衰減器裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太赫茲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可控太赫茲波衰減器裝置 及其方法。
背景技術(shù)：
太赫茲(THz， lTHz=10E+12Hz)輻射通常是指頻率范圍為O.lTHz到 10THz的電磁輻射波，這一波段位于電子學(xué)與光學(xué)的交界處，在長(zhǎng)波方向,它與 毫米波有重疊；在短波方向，它與紅外線有重疊。在頻域上，太赫茲處于宏觀 經(jīng)典理論向微觀量子理論的過渡區(qū)。由于其所處的特殊位置，太赫茲波表現(xiàn)出 一系列不同于其他電磁輻射的特殊性質(zhì)(1 )太赫茲脈沖的典型脈寬在亞皮秒量 級(jí)，可以方便地對(duì)各種材料(包括液體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、生物樣品等)進(jìn)行亞皮 秒、飛秒時(shí)間分辨的瞬態(tài)光譜研究，而且具有很高信噪比。(2)太赫茲脈沖通常 只包含若干個(gè)周期的電磁振蕩，單個(gè)脈沖的頻帶可以覆蓋從GHz至幾十太赫茲 的范圍，便于在大范圍里分析物質(zhì)的光譜性質(zhì)。(3 )太赫茲波的時(shí)域光譜技術(shù)直接 測(cè)量太赫茲波的時(shí)域電場(chǎng)，通過傅立葉變換給出太赫茲波的振幅和相位。因此， 無需使用Kramers-Kronig色散關(guān)系，就可以提供介電常數(shù)的實(shí)部和虛部。這使 測(cè)得的與太赫茲波相互作用的介質(zhì)折射率和吸收系數(shù)變得更精確。(4 )太赫茲波 的光子能量較低，不會(huì)對(duì)生物組織產(chǎn)生導(dǎo)致電離和破壞的有害光，特別適合于 對(duì)生物組織進(jìn)行活體檢査。(5)太赫茲波是具有量子特性的電磁波，具有類似微 波的穿透能力，同時(shí)又具有類似光波的方向性，可用來對(duì)已經(jīng)包裝的物品進(jìn)行 質(zhì)檢或者用于安全檢查。(6 )太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)是一個(gè)研究凝聚態(tài)材料中物理 過程的很好的工具。太赫茲光譜通過介電常數(shù)的實(shí)部和虛部來描述分子的轉(zhuǎn)動(dòng) 和振動(dòng)。大多數(shù)極性分子如水分子、氨分子等對(duì)太赫茲輻射有強(qiáng)烈的吸收，可 以通過分析它們的特征譜研究物質(zhì)成分或者進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量控制。因此，太赫茲 在成像、醫(yī)學(xué)診斷、安全檢查、信息通信、空間天文學(xué)乃至軍事等領(lǐng)域都有著 廣闊的應(yīng)用前景。
太赫茲波科學(xué)技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)影響人類未來的十大技術(shù)之一，世界各國(guó) 對(duì)于太赫茲波科學(xué)技術(shù)的研究都極為重視。當(dāng)前太赫茲波科學(xué)技術(shù)己得到國(guó)際 學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，在世紀(jì)之交短短數(shù)年內(nèi)，國(guó)際上關(guān)于太赫茲波的研究機(jī)構(gòu) 大量涌現(xiàn)，并取得了很多研究成果。
目前國(guó)際上對(duì)于太赫茲波的研究主要集中在太赫茲波產(chǎn)生和檢測(cè)技術(shù)上，
對(duì)于太赫茲波的功能器件研究也已逐漸展開。太赫茲波的功能器件是太赫茲波 科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。現(xiàn)有的太赫茲波器件有太赫茲波產(chǎn)生和檢測(cè)裝 置，太赫茲波傳輸波導(dǎo)，但是這些器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大并且價(jià)格昂貴，因 此小型化、低成本的太赫茲波器件是太赫茲波技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外很 多科研機(jī)構(gòu)都致力于這方面的研究并取得了一定的進(jìn)展，但是對(duì)太赫茲波衰減 器的研究少有報(bào)道。太赫茲波衰減器是一種非常重要的太赫茲波器件，可用于 太赫茲波系統(tǒng)評(píng)估、研究、調(diào)整和校正，目前國(guó)內(nèi)外尚無可控太赫茲波衰減器 裝置及其技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可控太赫茲波衰減器裝置及其方法。
可控太赫茲波衰減器裝置中的計(jì)算機(jī)分別與D/A轉(zhuǎn)換器和二維移動(dòng)平臺(tái)相 連接，D/A轉(zhuǎn)換器與直流高壓放大器、太赫茲波源裝置、斬波器、聚焦透鏡、 高阻硅片、聚焦透鏡、太赫茲波探測(cè)器、鎖相放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)相 連接，高阻硅片分別與氬離子激光器、二維移動(dòng)平臺(tái)相連接。
所述的太赫茲波源裝置為返波振蕩器、自由電子激光器或量子級(jí)聯(lián)激光器。 太赫茲波源裝置優(yōu)選為返波振蕩器。
可控太赫茲波衰減器方法是利用氬離子激光器發(fā)出的激光在高阻硅片內(nèi)部 激發(fā)光生載流子，通過載流子對(duì)太赫茲波吸收作用達(dá)到衰減太赫茲波；當(dāng)無外 加氬離子激光時(shí)，高阻硅片對(duì)太赫茲波無衰減；當(dāng)有外加氬離子激光時(shí)，由于 高阻硅片內(nèi)部產(chǎn)生光激發(fā)載流子，載流子對(duì)太赫茲波產(chǎn)生吸收作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)太 赫茲波衰減。
本發(fā)明的可控太赫茲波衰減器裝置具有衰減量大，衰減譜線平坦，結(jié)構(gòu)緊 湊，調(diào)整方便，成本低，滿足太赫茲在成像、醫(yī)學(xué)診斷、安全檢查、信息通信、 空間天文學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用的要求。


圖1可控太赫茲波衰減器結(jié)構(gòu)示意圖2 (a)是無外加氬離子激光時(shí)，太赫茲波通過太赫茲波衰減器的透射率 示意圖2 (b)是有外加氬離子激光時(shí)，太赫茲波通過太赫茲波衰減器的透射率
示意圖。
圖中計(jì)算機(jī)l、 D/A轉(zhuǎn)換器2、直流高壓放大器3、太赫茲波源裝置4、
斬波器5、聚焦透鏡6、高阻硅片7、氬離子激光器8、太赫茲波探測(cè)器9、鎖相
放大器10、 A/D轉(zhuǎn)換器11、 二維移動(dòng)平臺(tái)12。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，可控太赫茲波衰減器裝置中的計(jì)算機(jī)1分別與D/A轉(zhuǎn)換器2 和二維移動(dòng)平臺(tái)12相連接，D/A轉(zhuǎn)換器2與直流高壓放大器3、太赫茲波源裝 置4、斬波器5、聚焦透鏡6、高阻硅片7、聚焦透鏡6、太赫茲波探測(cè)器9、鎖 相放大器IO、 A/D轉(zhuǎn)換器11、計(jì)算機(jī)l相連接，高阻硅片7分別與氬離子激光 器8、 二維移動(dòng)平臺(tái)12相連接。
所述的太赫茲波源裝置4為返波振蕩器、自由電子激光器或量子級(jí)聯(lián)激光 器。太赫茲波源裝置4優(yōu)選為返波振蕩器。
可控太赫茲波衰減方法是利用氬離子激光器發(fā)出的激光在高阻硅片內(nèi)部激 發(fā)光生載流子，通過載流子對(duì)太赫茲波吸收作用達(dá)到衰減太赫茲波；當(dāng)無外加 氬離子激光時(shí)，高阻硅對(duì)太赫茲波無衰減；當(dāng)有外加氬離子激光時(shí)，由于高阻 硅內(nèi)部產(chǎn)生光激發(fā)載流子，載流子對(duì)太赫茲波產(chǎn)生吸收作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波 衰減。
本發(fā)明利用高品質(zhì)太赫茲波源裝置返波振蕩器、自由電子激光器或量子級(jí) 聯(lián)激光器產(chǎn)生太赫茲波，太赫茲波由高阻硅片一端面輸入，從高阻硅片另一端 面輸出。當(dāng)無外加氬離子激光時(shí)，高阻硅對(duì)太赫茲波無衰減；當(dāng)有外加氬離子 激光時(shí)，由于高阻硅內(nèi)部產(chǎn)生光激發(fā)載流子，載流子對(duì)太赫茲波產(chǎn)生吸收作用， 實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波衰減。
實(shí)施例1
0.3THz頻率的太赫茲波衰減
選擇Microtech出售的BWOs，其中返波管型號(hào)選為QS-400 ov30 (頻率在 0.23—0.375THz頻段可調(diào)諧)，計(jì)算機(jī)控制BWO輸出波在0.23—0.375THz頻 段內(nèi)改變。設(shè)計(jì)的高阻硅厚度h-430;/m，高阻硅片半徑為r= 20mm，高阻硅電 阻率10000Qcm，氬離子激光器工作波長(zhǎng)514.5nm，功率2W。通過計(jì)算機(jī)同時(shí) 控制BWO的輸出頻率和樣品二維移動(dòng)平臺(tái)，使相應(yīng)頻率的太赫茲波聚焦在預(yù) 設(shè)的高阻硅中間位置。獲得的無外加氬離子激光時(shí)，太赫茲波通過太赫茲波衰 減器的透射率如附圖2 (a);有外加氬離子激光時(shí)，太赫茲波通過太赫茲波衰 減器的透射率如附圖2(b)。該太赫茲波衰減器在0.3THz頻率的衰減量為10dB。
權(quán)利要求
1.一種可控太赫茲波衰減器裝置，其特征在于計(jì)算機(jī)(1)分別與D/A轉(zhuǎn)換器(2)和二維移動(dòng)平臺(tái)(12)相連接，D/A轉(zhuǎn)換器(2)與直流高壓放大器(3)、太赫茲波源裝置(4)、斬波器(5)、聚焦透鏡(6)、高阻硅片(7)、聚焦透鏡(6)、太赫茲波探測(cè)器(9)、鎖相放大器(10)、A/D轉(zhuǎn)換器(11)、計(jì)算機(jī)(1)相連接，高阻硅片(7)分別與氬離子激光器(8)、二維移動(dòng)平臺(tái)(12)相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可控太赫茲波衰減器裝置，其特征在于所述的 太赫茲波源裝置(4)為返波振蕩器、自由電子激光器或量子級(jí)聯(lián)激光器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可控太赫茲波衰減器裝置，其特征在于所 述的太赫茲波源裝置(4)為返波振蕩器。
4. 一種可控太赫茲波衰減方法，其特征在于，它是利用氬離子激光器發(fā)出 的激光在高阻硅片內(nèi)部激發(fā)光生載流子，通過載流子對(duì)太赫茲波吸收作用達(dá)到 衰減太赫茲波；當(dāng)無外加氬離子激光時(shí)，高阻硅片對(duì)太赫茲波無衰減；當(dāng)有外 加氬離子激光時(shí)，由于高阻硅片內(nèi)部產(chǎn)生光激發(fā)載流子，載流子對(duì)太赫茲波產(chǎn) 生吸收作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)太赫茲波衰減。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可控太赫茲波衰減器裝置及其方法。裝置計(jì)算機(jī)分別與D/A轉(zhuǎn)換器和二維移動(dòng)平臺(tái)相連接，D/A轉(zhuǎn)換器與直流高壓放大器、太赫茲波源裝置、斬波器、聚焦透鏡、高阻硅片、聚焦透鏡、太赫茲波探測(cè)器、鎖相放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)相連接，高阻硅片分別與氬離子激光器、二維移動(dòng)平臺(tái)相連接。方法可控太赫茲波衰減器裝置利用氬離子激光器發(fā)出的激光在高阻硅片內(nèi)部激發(fā)光生載流子，通過載流子對(duì)太赫茲波吸收作用達(dá)到衰減太赫茲波。本發(fā)明的可控太赫茲波衰減器裝置具有衰減量大，衰減譜線平坦，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便，成本低，滿足太赫茲在成像、醫(yī)學(xué)診斷、安全檢查、信息通信、空間天文學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用的要求。
文檔編號(hào)G02F1/01GK101187733SQ20071015617
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月23日
發(fā)明者李九生 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院