太赫茲探測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種太赫茲探測裝置，用于探測飛秒激光輻射產(chǎn)生的太赫茲波信號，包括PCB板以及設(shè)置在所述PCB板上的光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊和放大模塊。上述太赫茲探測裝置，將光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊和放大模塊容置于同一個裝置中，使得光電導(dǎo)模塊與放大模塊相互靠近，增加了匹配電阻、電容及電荷釋放電阻；同時通過調(diào)節(jié)響應(yīng)模塊使得太赫茲探測裝置的響應(yīng)時間達(dá)到最小，消除和抑制了噪聲的傳輸和耦合，實現(xiàn)了信噪比及采樣率的最大化。同時縮小了該太赫茲探測裝置的體積，節(jié)約了成本。
【專利說明】
太赫茲探測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及太赫茲探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及太赫茲探測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲波(THz波)是指頻率在0.1~IOTHz之間的電磁波，太赫茲波的波長短、沒有 電離輻射產(chǎn)生，同時還包含了豐富的光譜信息，可以用于鑒別物質(zhì)類別和成分。太赫茲技術(shù) 在醫(yī)療、食品、安全監(jiān)測、軍事等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。
[0003] 隨著超快激光技術(shù)的不斷進(jìn)步，太赫茲波是利用飛秒激光激發(fā)半導(dǎo)體表面和利用 光電導(dǎo)發(fā)射接收機(jī)制進(jìn)行產(chǎn)生和探測。其中，太赫茲光電導(dǎo)探測器是通過半導(dǎo)體材料上面 的光導(dǎo)天線耦合太赫茲電磁波，形成載流子高速運動，從而產(chǎn)生瞬間電流。在太赫茲探測裝 置中，電路采集的時間常數(shù)τ可表示太赫茲波形探測裝置輸出信號隨射入的太赫茲波變化 的速率，例如入射的太赫茲波突然照射和消失時，探測器的輸出不會立刻到達(dá)最大值或下 降至零，而是隨著時間常數(shù)τ的不同呈現(xiàn)對應(yīng)的緩慢上升和下降。系統(tǒng)等效時間常數(shù)τ反應(yīng) 了裝置的響應(yīng)時間及動態(tài)特性。但是，當(dāng)太赫茲信號較弱或光電導(dǎo)體的光強照度非常低時， 放大模塊的輸入電流噪聲、散粒噪聲、約翰遜噪聲等形成的噪聲電流及耦合噪聲電流，將高 于太赫茲波所產(chǎn)生的實際電流。同時，放大器的阻抗與光電導(dǎo)天線的阻抗不匹配也會降低 裝置的性噪比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要針對上述問題，提供一種將光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊及放大模塊 集成在同一 PCB板上，消除和抑制噪聲的傳輸和耦合，同時提高信噪比的太赫茲探測裝置。
[0005] -種太赫茲探測裝置，用于探測飛秒激光輻射產(chǎn)生的太赫茲波信號，包括PCB板以 及設(shè)置在所述PCB板上的光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊和放大模塊，
[0006] 所述光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊、放大模塊依次電連接；
[0007] 所述光電導(dǎo)模塊用于同時接收外部的飛秒激光和太赫茲波，并形成所述太赫茲波 信號的電位差；
[0008] 所述放大模塊用于接收和放大所述太赫茲波信號；
[0009] 所述響應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)所述光電導(dǎo)模塊與所述放大模塊之間的信噪比。
[0010] 在其中一個實施例中，所述光電導(dǎo)模塊包括依次層疊的襯底層、光電導(dǎo)層、光電導(dǎo) 柵極以及設(shè)置在所述光電導(dǎo)柵極上的雙極型偶極天線；
[0011] 所述雙極型偶極天線包括正極偶極天線和負(fù)極偶極天線；
[0012] 所述響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊分別與所述正極偶極天線、負(fù)極偶極天線連接。
[0013] 在其中一個實施例中，所述響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊包括第一電阻和第一電容;所述第一電 阻與第一電容并聯(lián)；
[0014] 所述第一電阻的一端與所述正極偶極天線連接，所述第一電阻的另一端與所述負(fù) 極偶極天線連接。
[0015] 在其中一個實施例中，所述第一電阻的阻值與所述雙極型偶極天線的等效電阻相 等。
[0016] 在其中一個實施例中，所述放大模塊包括第一級放大電路、第二級放大電路和第 三級放大電路；
[0017] 所述第一級放大電路、第二級放大電路、第三級放大電路依次電連接；
[0018] 所述第一級放大電路用于對所述太赫茲波信號進(jìn)行放大；
[0019] 所述第二級放大電路用于調(diào)節(jié)所述太赫茲波信號的放大增益；
[0020] 所述第三級放大電路用于降低所述太赫茲探測裝置的輸出阻抗。
[0021] 在其中一個實施例中，所述第一級放大電路包括第一親合電阻和儀表放大器；
[0022] 所述第一耦合電阻的兩端分別與所述正極偶極天線、負(fù)極偶極天線連接；
[0023] 所述儀表放大器的同相輸入端與所述正極偶極天線連接，所述儀表放大器的反相 輸入端與所述負(fù)極偶極天線連接;所述儀表放大器的輸出端與所述第二級放大電路連接。 [0024]在其中一個實施例中，所述第一級放大電路還包括第二電阻和第三電阻，且所述 第二電阻與第三電阻的阻值相等；
[0025]所述第二電阻的一端與所述正極偶極天線連接，所述第二電阻的另一端接地;所 述第三電阻的一端與所述負(fù)極偶極天線連接，所述第三電阻的另一端接地。
[0026] 在其中一個實施例中，所述第二級放大電路包括第二耦合電阻、第一運算放大器、 數(shù)字電位器和偏置電壓分壓器；
[0027] 所述第一運算放大器的反相輸入端經(jīng)所述第二耦合電阻與所述第一級放大電路 的輸出端連接;所述第一運算放大器的同相輸入端與所述偏置電壓分壓器連接；
[0028] 所述數(shù)字電位器連接在所述第一運算放大器的反相輸入端與輸出端之間；
[0029]所述第一運算放大器的輸出端與所述第三級放大電路連接。
[0030] 在其中一個實施例中，所述偏置電壓分壓器包括第四電阻、第五電阻和第六電阻；
[0031] 所述第四電阻、第五電阻和第六電阻與外部供電電源依次串聯(lián)形成回路，且所述 第五電阻為滑動變阻器，
[0032] 所述第一運算放大器的同相輸入端與所述第五電阻連接。
[0033]在其中一個實施例中，所述第三級放大電路包括第三耦合電阻和電壓跟隨器；
[0034] 所述電壓跟隨器的同相輸入端經(jīng)所述第三耦合電阻與所述第二級放大電路的輸 出端連接，所述電壓跟隨器的負(fù)向輸入端與所述電壓跟隨器的輸出端連接。
[0035] 上述太赫茲探測裝置，將光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊和放大模塊集成在同一 PCB板 上，容置于同一個裝置中，使得光電導(dǎo)模塊與放大模塊相互靠近，增加了匹配電阻、電容及 電荷釋放電阻，使裝置的響應(yīng)時間達(dá)到最小，同時消除和抑制了噪聲的傳輸和耦合，實現(xiàn)了 信噪比及采樣率的最大化。同時縮小了該太赫茲探測裝置的體積，節(jié)約了成本。
【附圖說明】
[0036] 圖1為太赫茲探測裝置結(jié)構(gòu)框架圖；
[0037]圖2為光電導(dǎo)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為儀表放大器的等效電路圖；
[0039]圖4為放大模塊的電路圖。
【具體實施方式】
[0040] 為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中 給出了本發(fā)明的較佳實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所 描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹 全面。
[0041] 除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具 體的實施例的目的，不是旨在限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān) 的所列項目的任意的和所有的組合。
[0042] 如圖1所示的為太赫茲探測裝置結(jié)構(gòu)框架圖，用于探測飛秒激光輻射產(chǎn)生的太赫 茲波信號，包括PCB板（圖中未示）以及設(shè)置在PCB板上的光電導(dǎo)模塊100、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊200 和放大模塊300。其中，光電導(dǎo)模塊100、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊200、放大模塊300依次電連接;光電導(dǎo) 模塊100用于同時接收外部的飛秒激光和太赫茲波，并形成太赫茲波信號的電位差;放大模 塊300用于接收和放大所述太赫茲波信號；響應(yīng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)光電導(dǎo)模塊100與放 大模塊300之間的信噪比。
[0043] 如圖2所示的為光電導(dǎo)模塊100的結(jié)構(gòu)示意圖，光電導(dǎo)模塊100包括依次層疊的襯 底層110、光電導(dǎo)層120、光電導(dǎo)柵極130以及設(shè)置在光電導(dǎo)柵極上的雙極型偶極天線140。其 中，襯底層110為半絕緣砷化鎵(SI-GaAs);光電導(dǎo)層120由低溫生長砷化鎵(LT-GaAs)構(gòu)成， 雙極型偶極天線140的材料為半絕緣砷化鎵(SI-GaAs)。
[0044] 雙極型偶極天線140包括正極偶極天線141和負(fù)極偶極天線143。正極偶極天線141 和負(fù)極偶極天線143的電荷的極性不受正極偶極天線141和負(fù)極偶極天線143位置的限制， 也就是說正極偶極天線141和負(fù)極偶極天線143的位置可以互換。響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊200設(shè)置在 正極偶極天線141與負(fù)極偶極天線143的兩端。
[0045]當(dāng)太赫茲探測裝置內(nèi)的光電導(dǎo)模塊100受到飛秒激光和太赫茲入射波同時照射 后，電荷將從雙極型偶極天線140的一極流向另一極，雙極型偶極天線140的正負(fù)兩極之間 產(chǎn)生太赫茲電位差，其中，等效太赫茲波信號的電流脈沖與所產(chǎn)生的太赫茲電動勢成正比； 等效太赫茲波信號的電流脈沖與雙極型偶極天線的正負(fù)兩極等效電阻值成反比例關(guān)系。 [0046]參考圖1，放大模塊300包括第一級放大電路310、第二級放大電路320和第三級放 大電路330。第一級放大電路310、第二級放大電路320、第三級放大電路330依次電連接。第 一級放大電路310用于對太赫茲波信號進(jìn)行固定增益倍數(shù)的放大。第二級放大電路320用于 調(diào)節(jié)太赫茲波信號的放大增益。第三級放大電路330用于降低太赫茲探測裝置的輸出阻抗。 [00 47]其中，第一級放大電路310包括第一親合電阻Rl '和儀表放大器Ul。第一親合電阻 R1'的兩端分別與正極偶極天線141、負(fù)極偶極天線143連接。第一耦合電阻R1'用于匹配裝 置中的走線電阻。
[0048]儀表放大器Ul的同相輸入端與正極偶極天線141連接，儀表放大器Ul的反相輸入 端與負(fù)極偶極天線143連接;儀表放大器Ul的輸出端與第二級放大電路320連接。
[0049]如圖3所示為儀表放大器的等效電路圖，其中，儀表放大器Ul的差分輸入時間常數(shù) Tdiff如式（1)所不：
[0050:
( I )
[0051 ]儀表放大器Ul的共模輸入時間常數(shù)τ?如式(2)所不：[0052]
[0053] 儀表放大器Ul的差分帶寬BWdiff如式(3)所不：
(3)
[0054]
[0055]上述公式中，Ccm+為儀表放大器Ul的同相輸入共模電容;Ccm-為儀表放大器Ul的反 相輸入共模電容;Cdiff為儀表放大器Ul的差模輸入電容。Ccm+、Ccm-、Cdiff共同形成了儀表放大 器Ul的等效輸入電容(^，等效輸入電容C in的典型值為1~20pF Ain+為儀表放大器Ul前端輸 入至放大器同相輸入端的走線等效電阻，RIN+為儀表放大器Ul前端輸入至放大器反相輸入 端的走線等效電阻。
[0056]在放大器應(yīng)用電路中，反相輸入共模電容Ccm-將會在儀表放大器Ul的閉環(huán)回路中 引入一個極點，在某些特殊條件下，可能會引起第一級放大電路310自激或不穩(wěn)定。第一級 放大電路310的輸入電容不僅由儀表放大器U1的輸入電容組成，還包括布線引線的雜散電 容、封裝的引腳電容、耦合電容。在本實施例中，將儀表放大器Ul的反相輸入端周圍的接地 層去除，同時，使引線連接盡量短，從而最大程度的減小雜散電容、引腳電容耦合電容的產(chǎn) 生。
[0057] 參考圖1，光電導(dǎo)模塊100中的電阻Rpt為光電導(dǎo)柵極的等效電阻Rpt，電容Ca為雙極 型偶極天線140的等效電容CA。其中，等效電阻RPT、等效電容Ca是雙極型偶極天線140的固有 特性，受工藝和材料的限制，與光電導(dǎo)結(jié)構(gòu)制作有關(guān)。在本實施例中，等效電阻Rpt的阻值約 為IO 7歐姆，等效電容Ca的電容值的穩(wěn)定值約為0.5pF，等效電容Ca的電容值在0.3~0.7pF之 間波動。在其他實施例中，其等效電阻Rpt的阻值、等效電容Ca的電容值由雙極型偶極天線 140的制作工藝和材料特性所決定。
[0058]光電導(dǎo)模塊100通過響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊200與第一級放大電路310連接。假設(shè)太赫茲探 測裝置的總時間常數(shù)Tre^ive3r,其總時間常數(shù)Tre^ive3r由光電導(dǎo)模塊100和放大模塊300共同 決定，即光電導(dǎo)模塊100與第一級放大電路310的響應(yīng)速度有總時間常數(shù)T re^ive3r來決定。總 時間常數(shù)是由總等效電阻Rre^ive3r和總等效電容C re^ive3r共同決定的。其中，雙極型偶 極天線40的等效電容Ca和等效電阻Rpt是特定值，受雙極型偶極天線40的制作工藝和材質(zhì)的 影響。儀表放大器Ul的等效輸入電容Cin，儀表放大器Ul的等效輸入電阻Rin由Rini、Rin2、Rin3 決定。其等效輸入電容C in、等效輸入電阻Rin為儀表放大器Ul的固有屬性，也為特定值。在本 實施例中，儀表放大器Ul的型號為INA115，等效輸入電阻R in的阻值一般在IO11~IO12 Ω之 間。
[0059] 響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊200包括第一電阻Rl和第一電容Cl。第一電阻Rl與第一電容Cl并聯(lián)； 第一電阻Rl的一端與正極偶極天線141連接，第一電阻Rl的另一端與負(fù)極偶極天線143連 接。
[0060] 由于設(shè)置了響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊200,其裝置的總等效電阻Rrecelver如式(4)所示：
[0061] RreCeiver = RpT//Rl//RlN (4)
[0062] 總等效電容Creceiver如式(5)所示：
[0063] Creceiver = CA+Cl+ClN (5)
[0064] 總時間常數(shù) Treceiver如式(6 )所/J、：
[0065] Treceiver - Rreceiver * Creceiver ( 6 )
[0066] 在高速采集電路中，總時間常數(shù)Tre^irer越小越好，則該裝置對輸入信號的響應(yīng)就 會越快。通過公式(6)可以看出，可以通過減少總等效電阻R receiver和總等效電容Creceiver來 減小總時間常數(shù)τ receiver 〇
[0067] 由于雙極型偶極天線140的等效電容Ca受工藝和材料的限制，與光電導(dǎo)結(jié)構(gòu)制作 有關(guān)，等效電容Ca的電容值在0.3~0.7pF之間。而第一電容Cl可通過將儀表放大器Ul集成 在雙極型偶極天線140上或盡量靠近雙極型偶極天線140,進(jìn)而減少信號走線的長度，可以 消除雜散電容、耦合電容的形成，即可獲得最小電容。在本實施例中，第一電容Cl的電容值 在0.4~5pF的范圍內(nèi)，在其他實施例中，第一電容Cl的電容值可以根據(jù)具體的太赫茲探測 裝置的各部件的設(shè)計來確定，并不限于本實施例給出的范圍。
[0068]在本實施例中，儀表放大器Ul的等效輸入電阻Rin的阻值為IO11~IO 12 Ω，雙極型偶 極天線140的等效電阻Rpt的阻值約為IO7歐姆，儀表放大器Ul的等效輸入電阻Rin遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光 電導(dǎo)柵極的等效電阻Rpt。若第一電阻Rl遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儀表放大器Ul的等效輸入電阻Rin和雙極 型偶極天線140的等效電阻Rpt，則式(6)可近似式(7):
[0069] Treceiver = Rpi · (Ca+C1+Cin) (7)
[0070] 由式（7)可知，通過調(diào)整雙極型偶極天線140的工藝和材質(zhì)，可獲得最優(yōu)化的時間 常數(shù)。但在實際應(yīng)用中通過改變雙極型偶極天線140實現(xiàn)響應(yīng)的優(yōu)化是具有一定的難度，但 是可以通過調(diào)節(jié)第一電阻Rl來優(yōu)化總時間常數(shù)T receiver,若R1〈RPT且RKRin，則總時間常數(shù) "^receiver ? 可優(yōu)化成式(8):
[0071] Treceiver = Rl · (Ca+CI+Cin) (8)
[0072] 由式(8)可知，可通過調(diào)節(jié)第一電容Cl和第一電阻Rl，來調(diào)節(jié)總時間常數(shù)Receiver， 使裝置的響應(yīng)時間達(dá)到最小，同時消除和抑制了噪聲的傳輸和耦合，實現(xiàn)信噪比及采樣率 的最大化，提升太赫茲探測裝置的性能。
[0073]在另一實施例中，還可以使第一電阻Rl的阻值與雙極型偶極天線的等效電阻Rpt相 等。當(dāng)?shù)谝浑娮鑂l的阻值與雙極型偶極天線420的等效電阻Rpt相等時，其總時間常數(shù)τ reiver較小，總響應(yīng)速度較快。
[0074] 第一級放大電路310還包括第二電阻R2和第三電阻R3,且第二電阻R2與第三電阻 R3的阻值相等。第二電阻R2的一端與正極偶極天線141連接，第二電阻R2的另一端接地;第 三電阻R3的一端與負(fù)極偶極天線143連接，第三電阻R3的另一端接地。太赫茲探測裝置在探 測采樣過程中，光電導(dǎo)柵極130上的雙極型偶極天線140感應(yīng)太赫茲波所產(chǎn)生的相對電壓可 能會超過儀表放大器Ul的共模輸入電壓范圍，通過設(shè)置第二電阻R2和第三電阻R3,為雙極 型偶極天線140積累的電荷提供了泄放回路，對第一級放大電路310的性能及噪聲抑制能力 就不會造成干擾或影響。同時，第二電阻R2和第三電阻R3的阻值相等，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙極型偶 極天線140的等效電阻R PT，也可在一定程度上優(yōu)化總體的響應(yīng)速度。
[0075] 儀表放大器Ul通過反饋電阻器Rf，反饋電阻器Rf連接在儀表放大器Ul的兩個反饋 端之間。儀表放大器Ul的放大增益的范圍為100~10000,通過設(shè)置反饋電阻器Rf使儀表放 大器Ul有較高的輸入電阻，在探測的過程中，可以探測到低強度的太赫茲波信號，同時該儀 表放大器Ui具有高共模抑制比，保證了太赫茲波信號的完整性。
[0076] 如圖4為放大模塊的電路圖，第二級放大電路320包括第二耦合電阻R2'、第一運算 放大器U2、數(shù)字電位器U3和偏置電壓分壓器321。第一運算放大器U2的反相輸入端經(jīng)第二耦 合電阻R2'與第一級放大電路310的輸出端連接;第一運算放大器U2的同相輸入端與偏置電 壓分壓器321連接。數(shù)字電位器U3連接在第一運算放大器U2的反相輸入端與輸出端之間；第 一運算放大器U2的輸出端與第三級放大電路連接。
[0077] 經(jīng)第一級放大電路310輸出的太赫茲波信號通過第二耦合電阻R2'耦合至第二級 放大電路320的第一運算放大器U2的反相輸入端，同時在第一運算放大器U2的同相輸入端 連接偏置電壓分壓器321，該偏置電壓分壓器321包括第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻 R6。第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻R6與外部供電電源依次串聯(lián)形成回路，且第五電阻 R5為滑動變阻器，第一運算放大器U2的同相輸入端與第五電阻R5連接。在本實施例中，外部 供電電源為5伏的直流電源，其第四電阻R4與直流電源的正極連接，第六電阻R6與直流電源 的負(fù)極連接。該偏置電壓分壓器321可以將輸出信號抬升至零電壓以上。
[0078] 第二級放大電路320的反饋回路由數(shù)字電位器U3構(gòu)成，根據(jù)太赫茲波信號的強弱 調(diào)節(jié)數(shù)字電位器U3的阻值，可使第一級放大電路310和第二級放大電路320總增益放大倍數(shù) 在100~10000范圍內(nèi)波動，也就是說通過第一級放大電路310和第二級放大電路320的協(xié)同 作用，可以使整個裝置的放大增益在100~10000的范圍內(nèi)。
[0079] 第三級放大電路330包括第三耦合電阻R3'和電壓跟隨器U4。電壓跟隨器U4的同相 輸入端經(jīng)所述第三耦合電阻R3'與第二級放大電路320的輸出端連接，電壓跟隨器U4的負(fù)向 輸入端與電壓跟隨器U4的輸出端連接。
[0080] 經(jīng)第二級放大電路320輸出的信號經(jīng)第三耦合電阻R3'耦合至第三級放大電路330 的電壓跟隨器U4的同相輸入端，降低了裝置的輸出阻抗，同時也起到了隔離后續(xù)電路的作 用，減少了后續(xù)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對放大模塊300的影響。對于第一級放大電路310、第二級放大 電路320和第三級放大電路330都滿足時間常數(shù)的需求，使太赫茲探測裝置的響應(yīng)效果達(dá)到 最佳狀態(tài)。
[0081] 太赫茲探測裝置的工作原理：當(dāng)太赫茲探測裝置內(nèi)的光電導(dǎo)模塊100受到飛秒激 光和太赫茲入射波同時照射后，電荷將從雙極型偶極天線140的一極流向另一極，雙極型偶 極天線140的正負(fù)兩極之間產(chǎn)生太赫茲電位差。雙極型偶極天線的正負(fù)兩極分別接至儀表 放大器Ul的同相和反相輸入端進(jìn)行第一級放大，然后進(jìn)行電平抬升和第二級放大。第二級 放大電路320的增益可根據(jù)太赫茲波強弱，利用數(shù)字電位器U3進(jìn)行可調(diào)增益放大。第三級放 大電路330對整個裝置具有隔離保護(hù)的作用。
[0082]將光電導(dǎo)模塊100、調(diào)節(jié)響應(yīng)模塊200、放大模塊300集成于同一 PCB板上，容置在同 一裝置中，增加了匹配電阻、電容及電荷釋放電阻，使該裝置的響應(yīng)時間最優(yōu)，消除和抑制 了噪聲的傳輸和耦合，實現(xiàn)了信噪比及采樣率的最大化，同時縮小了該太赫茲探測裝置的 體積，節(jié)約了成本。通過設(shè)置多級放大電路，使太赫茲探測裝置的靈敏度、帶寬、響應(yīng)時間、 動態(tài)特性及信噪比性能都得到了大幅提升。
[0083]以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實 施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存 在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
[0084]以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù) 范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種太赫茲探測裝置，用于探測飛秒激光輻射產(chǎn)生的太赫茲波信號，其特征在于，包 括PCB板以及設(shè)置在所述PCB板上的光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊和放大模塊， 所述光電導(dǎo)模塊、響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊、放大模塊依次電連接； 所述光電導(dǎo)模塊用于同時接收外部的飛秒激光和太赫茲波，并形成所述太赫茲波信號 的電位差； 所述放大模塊用于接收和放大所述太赫茲波信號； 所述響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)所述光電導(dǎo)模塊與所述放大模塊之間的信噪比。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述光電導(dǎo)模塊包括依次層疊 的襯底層、光電導(dǎo)層、光電導(dǎo)柵極以及設(shè)置在所述光電導(dǎo)柵極上的雙極型偶極天線； 所述雙極型偶極天線包括正極偶極天線和負(fù)極偶極天線； 所述響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊分別與所述正極偶極天線、負(fù)極偶極天線連接。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述響應(yīng)調(diào)節(jié)模塊包括第一電 阻和第一電容;所述第一電阻與第一電容并聯(lián)； 所述第一電阻的一端與所述正極偶極天線連接，所述第一電阻的另一端與所述負(fù)極偶 極天線連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述第一電阻的阻值與所述雙 極型偶極天線的等效電阻相等。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述放大模塊包括第一級放大 電路、第二級放大電路和第三級放大電路； 所述第一級放大電路、第二級放大電路、第三級放大電路依次電連接； 所述第一級放大電路用于對所述太赫茲波信號進(jìn)行放大； 所述第二級放大電路用于調(diào)節(jié)所述太赫茲波信號的放大增益； 所述第三級放大電路用于降低所述太赫茲探測裝置的輸出阻抗。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述第一級放大電路包括第一 親合電阻和儀表放大器； 所述第一耦合電阻的兩端分別與所述正極偶極天線、負(fù)極偶極天線連接； 所述儀表放大器的同相輸入端與所述正極偶極天線連接，所述儀表放大器的反相輸入 端與所述負(fù)極偶極天線連接;所述儀表放大器的輸出端與所述第二級放大電路連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述第一級放大電路還包括第 二電阻和第三電阻，且所述第二電阻與第三電阻的阻值相等； 所述第二電阻的一端與所述正極偶極天線連接，所述第二電阻的另一端接地;所述第 三電阻的一端與所述負(fù)極偶極天線連接，所述第三電阻的另一端接地。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述第二級放大電路包括第二 耦合電阻、第一運算放大器、數(shù)字電位器和偏置電壓分壓器； 所述第一運算放大器的反相輸入端經(jīng)所述第二耦合電阻與所述第一級放大電路的輸 出端連接;所述第一運算放大器的同相輸入端與所述偏置電壓分壓器連接； 所述數(shù)字電位器連接在所述第一運算放大器的反相輸入端與輸出端之間； 所述第一運算放大器的輸出端與所述第三級放大電路連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述偏置電壓分壓器包括第四 電阻、第五電阻和第六電阻； 所述第四電阻、第五電阻和第六電阻與外部供電電源依次串聯(lián)形成回路，且所述第五 電阻為滑動變阻器， 所述第一運算放大器的同相輸入端與所述第五電阻連接。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲探測裝置，其特征在于，所述第三級放大電路包括第 三耦合電阻和電壓跟隨器； 所述電壓跟隨器的同相輸入端經(jīng)所述第三耦合電阻與所述第二級放大電路的輸出端 連接，所述電壓跟隨器的負(fù)向輸入端與所述電壓跟隨器的輸出端連接。
【文檔編號】H01Q1/50GK105938012SQ201610495284
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】鄧仕發(fā), 潘奕, 李辰, 丁慶
【申請人】深圳市太赫茲系統(tǒng)設(shè)備有限公司