高速太赫兹成像系统中的掺离子砷化镓有源器件研究

The High Speed Terahertz Imaging System has many important applications in the field of Homeland Security, Biological Detection, etc. The key devices in such system，such as THz photoconductive antenna, terahertz optical controlled modulator，are the research hot spots. To obtain the best performance of single device and minimize the whole imaging system is still one of the biggest difficulties. This project proposes the fabrication of the THz photoconductive antennas and terahertz optical controlled space modulators, which are based on ion-implanted gallium arsenide (such as GaAs: O material), to meet the requirements of high speed terahertz imaging. The performance of photoconductive antennas, such as the radiation energy, the temperature stability, and the long lifetime, and the performance of terahertz optical controlled modulator, such as the modulation depth, the response time, will be improved by optimizing the performance of the ion-implanted gallium arsenide materials and the design of the metal electrode (the surface structure of metal layer). The research results of this project will provide new theoretical and experimental supports for the performance research of the ion-implanted gallium arsenide materials, and the mechanism investigation of terahertz optical controlled modulator devices. They will also be meaningful for achieving a high speed terahertz imaging system with high efficiency and compact size.

太赫兹快速成像系统在国土安全、生物检测等领域有着重要的应用价值。系统所需之关键器件，如太赫兹光导天线、太赫兹光控调制器等都是目前的研究热点。而实现单元器件的性能最优化、器件及成像系统的小型化，尚属研究难点。因此，本项目提出，使用基于掺离子砷化镓材料(如GaAs:O材料)的太赫兹光导天线及太赫兹光控空间调制器，来满足太赫兹快速成像的需求。通过优化掺离子砷化镓材料性能、合理设计表面金属电极结构等，以满足太赫兹光导天线对辐射能量、温度稳定性、使用寿命等方面的需求，以及太赫兹光控调制器对调制深度及响应时间等方面的要求。研究结果将为掺离子砷化镓材料的性能研究、太赫兹光控调制器等器件的工作机理提供新的理论和实验支持，对实现太赫兹快速成像系统的高效化及小型化具有重要的研究意义。

太赫兹快速成像系统在国土安全、生物检测等领域有着重要的应用价值。系统所需之关键器件，如太赫兹光导天线、太赫兹调制器等都是目前的研究热点。而实现单元器件的性能最优化、器件及成像系统的小型化，尚属研究难点。因此，本项目尝试使用掺离子砷化镓(如GaAs:O)等材料来研发高性能的太赫兹光导天线及太赫兹光控空间调制器，以满足太赫兹快速成像的需求。通过优化掺离子砷化镓材料性能、合理设计表面金属电极结构，以及针对系统要求对器件进行实用化封装等，提高了太赫兹光导天线辐射能量、温度稳定性、使用寿命等方面的性能，器件在系统中的实测效果良好。另外，本项目通过对基础太赫兹波无源功能器件的研究，比如太赫兹滤波器，太赫兹偏振选择/控制器，太赫兹光斑整形器等，获得了不少在器件结构方面设计可用于太赫兹波调制器的技术储备和设计优化思路。通过引入各种有效手段（如结合EIT效应、场局域化效应等机制，以及半导体器件加工、材料打印等制作方法），本项目实现了具备双通道独立调控能力的太赫兹波电控调制器，并在太赫兹光控调制器的调制深度以及调制带宽等方面做了不少有益探索且取得了实用性成果。本项目还将以上器件研究成果应用到自制太赫兹波时域光谱系统里，并在器件测试方面得以实用。另外，本项目还搭建了光纤太赫兹系统，并实现了太赫兹波成像。从器件到系统，再到成像，本项目实现了相关关键节点的自主研发，取得了一定的创新性实用研究成果，相信可以为后续相关领域的研究提供有益的技术储备和智慧财富。