光电导天线设计

光电导天线包含一个嵌入在天线结构的快速激活开关。实际上，光电导天线通常采取由半导体衬底的金属电极的形式，和一个几何体。飞秒光脉冲将被聚焦到两个电极之间的缝隙中。假如光脉冲有一个与半导体带隙大致相等的波长，电子空穴就会产生。电荷随后会在电场中被加速，电场是由缝隙中金属电极之间的电压产生的。这些被加速过的电荷之后在一个皮秒时间范围内会被重新捕获进入到半导体带状结构中，系统也会回到平衡状态。因此，飞秒脉冲的作用就是在电极之间的缝隙中产生瞬时电流，我们可以将其描述为赫兹偶极子。这是出自电磁场理论的一个标准结论，这种类型的偶极子产生的远场区可以别描述为

式中，ETHz为远离发射器结构的太赫兹电场；IPC为间隙中产生的光电流。估算由德鲁特-洛伦兹模型的飞秒脉冲中产生的瞬间光电流IPC也是可能的。电场区的第一个半周期主要由在半导体中重俘获的时间决定。因此为了得到大带宽的太赫兹脉冲，除了短的飞秒脉冲之外，还需要短的重俘获时间，如今已有很多关于PCA所用材料的研究，但是最常用的材料是低温生长砷化镓。其他有可能用到的材料是辐射损伤的钛宝石硅，半绝缘的砷化镓，磷化铟和非晶硅。对每种材料来说，都会选择光脉冲波长与相应材料的带隙匹配。比如，砷化镓的带隙，大概850nm，与渗钛蓝宝石激光系统匹配就好，有了所有这些材料，所要做的就是尽力使载流子重获时间最小化，在砷化镓中，通过在生长过程中加入过量的砷引发缺陷来完成。

金属电极的设计是另一个重要的参数，它的形状主要决定缝隙产生的太赫兹辐射与远场的藕合。一些设计，如带状线，赫兹偶极子、偏馈偶极子和蝶形偶极子等都已经过测试。设计电极的一种常用方法是与超过2THz的频率产生共振，这种方法的产生效率更低。这就保证了在较高频率上产生的相对较弱的辐射能更有效地到达远场区。两电极之间的间隙也是很重要的因素，较大的间隙产生相同的电场区要求较大的偏压，然而大间隙也是很重要的因素，较大的间隙产生相同的电场区要求较大的偏压，然而大间隙天线经常也被用于产生高功率的太赫兹脉冲。

另外可影响PCA功率的因素有飞秒脉冲的功率和间隙中的电场。光泵浦功率显示了饱和现象，然而饱和的程度取决于电极的设计和光电导材料。可应用在间隙中的电场很大程度上是由半导体材料中的击穿电压决定的。偏移场的工作值通常选在能够维持即使出现放电的情况也不会损坏器件的大小，因为太赫兹功率与所施加电场的比例关系为.

器件的电阻也是一个考虑因素。一个理想器件的电阻在无光照情况下是无穷大的，在有光照的情况下是非常小的。然而，由于器件存在电阻及外加电场，通常会出现暗电流，这就会降低可用电导率的调制，从而降低产生太赫兹的效率。暗电流在一些材料中确实是个问题，比如，铟镓砷材。如今铟镓砷材料越来越引起人们的兴趣，即可获得相对便宜的光纤激光器。暗电流问题的一种解决方法是可以采用多层结构的。

光电导天线探测方法

日前为止，只讨论PCA产生太赫兹辐射的方法。当应用探测时，飞秒探针脉冲聚焦在装置上，产生电子空穴时，如上所述。太赫兹脉冲的入场电场，在电荷再次捕获前对其进行加速。实际效果在于间隙间产生了电流，正比于积分式，为：

从这个关系式我们可以看出，重捕获时间是个重要的参数，短的重捕获时间将会限制可探测的带宽。产生的电流会被放大并转换为电压，并采用灵敏的锁定技术探测该电压。锁定技术要求入射信号必须要用已知频率调制过，而这可通过切断飞秒激光束或者对PCA发射源的电场进行调制达到目的。在这个方法中，探针脉冲不同时间延误下所测量到的信号就可以描绘出产生的太赫兹场的电场。

三、天线检测标准