提供德国BATOP公司太赫兹元件（产生、探测芯片）、太赫兹、太赫兹时域光谱系统

关键词：太赫兹、THz、Terahertz、太赫兹波、太赫兹源、太赫兹光源、太赫兹天线、太赫兹芯片、太赫兹波产生、THz波接受、太赫兹波探测、太赫兹时域光谱系统、太赫兹成像系统、THz-TDS，太赫兹异步光采样系统、THz-ASOPS、太赫兹成像系统、OSCAT太赫兹成像系统、太赫兹器件、太赫兹系统、太赫兹实验室必备、太赫兹项目、销售、提供、代理、出售

代理德国 Batop 公司的光电导天线，其既可用作太赫兹发生器，也可用作太赫兹探测器，其频率范围为0.1THz～3THz。其产品可应用在安全检查、医学成像、生产过程控制等领域。同时还代理德国MenloSystems公司可提供基于钛宝石飞秒激光器、光纤飞秒激光器的THz-TDS 系统和太赫兹成像系统。
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■ THz 器件
PCA （Photoconductive Antenna for THz Applications）
PCA 可用于 terahertz (THz) 的产生和接收
型号代码
PCA-44-16-16-800-x
长度 = 44μm
逢间距 g = 16μm
宽度 W = 16μm
激光波长 λ = 800nm
x = 0 未封装的 2mm x 2mm 放在 300μm x 650μm 的衬底上
x = m 固定在直径为 25.4mm 的铝圆片上，并于 1m 的 SAM 连接光纤同轴
x = h 固定在直径为 25.4mm 的铝圆片上
Hyperhemispherical silicon substrate lens, 并于安装了半球状透镜的 1m 长的 SAM 连接光纤同
轴
■ PCA THz 器件
型号响应波长 nm 产生频率 THz 暗电阻 MΩ 暗电流 nA 电压 V 恢复时间fs反射系数 % 最大光密度 MW/cm2 最小光密度W/cm2
PCA-44-06-10-800-x
500-850        1 20-30 300-500    20-50       500 5 50 100
PCA-30-10-10-800-x
500-850        1.5 20-40 200-400    20-50       500 5 50 100
PCA-30-14-14-800-x
500-850        1.5 20-30 300-500    20-50       500 5 50 100
PCA-44-16-16-800-x
500-850        1 20-40 200-400    20-50       500 5 50 100
PCA-44-06-10-1030-x
900-1060     1 5GΩ-15GΩ
1pA-9nA   30-50       200 52 100 200
PCA-30-10-10-1030-x 900-1060     1.5 5GΩ-15GΩ 1pA-10nA
30-50       200 52 100 200
PCA-30-14-14-1030-x 900-1060     1.5 5GΩ-15GΩ
0.5-5          30-50       200 52 100 200
PCA-44-34-100-1030-x900-1060     1
5GΩ-15GΩ
0.5-5          30-50       200 52 100 200
PCA-44-06-10-1040-x 1040 1 5GΩ-15GΩ 0.5-5          30-50       200 2 50 100
PCA-30-10-10-1040-x1040 1.5
5GΩ-15GΩ 1pA- 10nA 30-50       200 2 50 100
PCA-30-14-14-1040-x 1040 1.5 5GΩ-15GΩ 0.5-5          30-50       200 2 50 100
PCA-44-16-16-1040-x
1040 1 5GΩ-15GΩ 0.5-5          30-50       200 2 50 100
PCA-44-34-100-1040-x
1040 1 5GΩ- 15GΩ 0.5-5          30-50       200 2 50 100

THz spectrometer
PCA - Photoconductive Antenna
THz parts
1、THz spectrometer
>  THz time-domain transmission spectrometer for 1060 nm laser excitation with free space optical path
1）The time-domain spectrometer consists of the following parts:
femtosecond fiber laser with 1060 nm wavelength
emitter antenna with THz lens PCA-40-05-10-1060-c-f
detector antenna with THz lens PCA-44-06-10-1060-c-f
delay line with 1 ns time delay
substrate holder with manual xy-movement of 50 mm
electronic components (pulse generator + lock-in detection)
Laptop with spectrometer software T3DS
The main parameters of the THz spectrometer are:
spectral range:           0.1 - 2.5 THz
spectral resolution:     2 GHz
S/N-ratio at 0.4 THz:  1000
minimum scan time:   0.5 s
THz beam diameter:   12 mm
2）The time-domain spectrometer consists of the following parts:
femtosecond fiber laser
emitter antenna with THz lens PCA-40-05-10-1060-a-l
detector antenna with THz lens PCA-44-06-10-1060-a-l
delay line with 1 ns time delay
beam splitter and mirrors
substrate holder with manual xy-movement of 50 mm
electronic components (pulse generator + lock-in detection)
Laptop with spectrometer software T3DS
The main parameters of the THz spectrometer are:
spectral range:           0.1 - 2.5 THz
spectral resolution:     2 GHz
S/N-ratio at 0.4 THz:  1000
minimum scan time:   0.5 s
THz focus distance from antennas: 50 mm

2、太赫兹产生芯片、THz接收芯片
Contents >  Poster
PCA1 - butterfly antenna
PCA2 - parallel line antenna
PCA3 - bow-tie antenna
SPCA - logarithmic spiral antenna
finger gap PCA for photomixing
price for PCA1 and PCA2
iPCA - large area interdigital array antenna
price for iPCA
Flyer: PCA survey
THz antenna mounting options
THz spectrometer
Adjustment manual for THz spectrometer
optical adjustment for single gap antenna

  >    PCA1 - butterfly - highly sensitive detector antenna. Can be used also as emitter
  Part No. Delivery time l
(μm) g (μm) w (μm) Description ManualData Quotation Price
PCA-44-06-10-800-x 1 week 44 06 10 PCA: resonance frequency 1 THz, l = 800 nm, gap distance 6 μm, optimal detector antenna
PCA-44-16-16-800-x 1 week 44 16 16 PCA: resonance frequency 1 THz, l = 800 nm, gap distance 16 μm
PCA-44-34-100-800-x 1 week 44 34 100 PCA: resonance frequency 1 THz, l = 800 nm, gap distance 34 μm
PCA-30-10-10-800-x 1 week 30 10 10 PCA: resonance frequency 1.5 THz, l = 800 nm, gap distance 10 μm
PCA-30-14-14-800-x 1 week 30 14 14 PCA: resonance frequency 1.5 THz, l = 800 nm, gap distance 14 μm

Geometrical antenna parameters:
l - length of the antenna, defines the THz resonance frequency.
g - gap distance, important for laser excitation.
w - gap width.

  >    PCA2 - parallel line - broadband emitter antenna. Can be used also as detector
  Part No. Delivery time l (μm) g (μm) w (μm) Description Manual Data
PCA-40-05-10-800-x 1 week 40 05 10 PCA: resonance frequency 1 THz, l = 800 nm, gap distance 5 μm

  >    PCA3 - bow-tie antenna for emitter and detector at any laser wavelength <~ 1550 nm

  Part No. Delivery time l
(μm) g
(μm) w
(μm) Description Manual
Data Quotation
Price
PCA-180-05-10-800-x 1 week 180 05 10 bow-tie photoconductive antenna, length l = 180 μm, gap distance 5 μm, laser wavelength l = 800 nm,    Quote
Price
PCA-870-05-10-800-x 1 week 870 05 10 bow-tie photoconductive antenna, length l = 870 μm, gap distance 5 μm, laser wavelength l = 800 nm,    Quote
Price

Geometrical antenna parameters:
l - length of the antenna
g - gap distance, important for laser excitation.
w - gap width.

  >    SPCA - logarithmic spiral - broadband emitter antenna.
  Part No. Delivery time angle g
(μm) d
(μm) Description Manual
Data Quotation
Price
SPCA-4Pi-05-3000-800-x 1 week 4 Pi 05 3000 Logarithmic spiral antenna,
spiral angle 4 Pi, gap distance 5 μm,
spiral diameter 3000, laser wavelength 800 nm    Quote
Price
SPCA-5Pi-05-3000-800-x 1 week 5 Pi 05 3000 Logarithmic spiral antenna,
spiral angle 5 Pi, gap distance 5 μm,
spiral diameter 3000, laser wavelength 800 nm

  >    Finger gap PCA designed for photomixing. Can be used as emitter and detector
  Part No. Delivery time l
(μm) g  (μm) w  (μm) Description Manual Data Quotation Price
PCA-60-01-10-800-x 1 week 60 01 10 Bow-tie PCA with finger gap for photomixing, antenna length 60 μm, finger distance 1 μm, laser wavelength l = 800 nm,
PCA-90-01-10-800-x 1 week 90 01 10 Bow-tie PCA with finger gap for photomixing, antenna length 90 μm, finger distance 1 μm, laser wavelength l = 800 nm,
PCA-180-01-10-800-x 1 week 180 01 10 Bow-tie PCA with finger gap for photomixing, antenna length 180 μm, finger distance 1 μm, laser wavelength l = 800 nm,

>   Part No. description with price information for PCA1, PCA2 and finger gap PCA
  Part No. example Description Data PDF Price per piece
PCA-44-06-10-800-x   PhotoConductive Antenna
PCA-44-06-10-800-x   length l = 44 μm
PCA-44-06-10-800-x   gap distance g = 6 μm
PCA-44-06-10-800-x   gap width w = 10 μm
PCA-44-06-10-800-x   laser excitation wavelength l = 800 nm
PCA-44-06-10-800-0   unmounted chip, thickness: 625 μm, with bond contact pads    550 EUR
PCA-40-05-10-800-0   unmounted chip, thickness: 625 μm, with bond contact pads    550 EUR
PCA-44-06-10-800-h   mounted on a hyperhemispherical Si lens, 25.4 mm diameter
  Al heat sink, 1 m long coaxial cable with BNC or SMA connector
PCA-44-06-10-800-c   mounted on an collimating aspheric Si substrate lens, 25.4 mm diameter
  Al heat sink, 1 m long coaxial cable with BNC or SMA connector
PCA-44-06-10-800-a   mounted on an aspheric focusing Si lens, 25.4 mm diameter
  Al heat sink, 1 m long coaxial cable with BNC or SMA connector

   additional options:
PCA-44-06-10-800-h-D25mm     with hyperhemispherical silicon lens and collimating Teflon lens with THz beam Diameter 25 mm    + 150 EUR
PCA-44-06-10-800-h-f35mm     with hyperhemispherical silicon lens and focusing Teflon lens with 35 mm THz focus length    + 300 EUR
PCA-44-06-10-800-x-l     with aspheric focusing optical lens for free space laser excitation    + 400 EUR
PCA-44-06-10-800-x-f     fiber coupled antenna with FC/PC or FC/APC fiber connector and BNC or SMA electric connector    + 1000 EUR
PCA-44-06-10-800-x-cf     connectorized fiber coupled antenna with FC/PC or FC/APC fiber connector and BNC or SMA electric connector    + 1200 EUR
PCA-44-06-10-800-x-x-p     with preamplifier for detector antenna    + 400 EUR
xyz translation stage
  xyz 25 mm translation stage with differential adjuster and kinematic mirror mount with three adjuster screws for alignment of the antenna with respect to the laser beam and the THz optics    1200 EUR

  >    iPCA - interdigital array -large area broadband emitter antenna for high power excitation. Can be used also as detector

  Part No. Delivery time l
(μm) g  (μm) w  (μm) Description Manual Data Price (EUR)
iPCA-21-05-300-800-h 1 week 21 05 300 interdigital photoconductive terahertz antenna, resonance frequency 2 THz, gap distance 5 μm, active area 300 μm x 300 μm, optical excitation wavelength l = 800 nm, with adjusted hyperhemispherical silicon lens, BNC connector    Quote
Price
iPCA-21-05-1000-800-h 1 week 21 05 1000 interdigital photoconductive terahertz antenna, resonance frequency 2 THz, gap distance 5 μm, active area 1 mm x 1 mm, optical excitation wavelength l = 800 nm, with adjusted hyperhemispherical silicon lens, BNC connector    Quote
Price

    iPCA

l - length, defines the THz resonance frequency
g - gap distance
w - antenna with

>   Part No. description with price information for iPCA

  Part No. example Description Data PDF Price per piece
iPCA-21-05-1000-800-h   interdigital PhotoConductive Antenna
iPCA-21-05-1000-800-h   length l = 21 μm
iPCA-21-05-1000-800-h   gap distance g = 5 μm
iPCA-21-05-1000-800-h   width w = 1000 μm
iPCA-21-05-1000-800-h   laser excitation wavelength l ~ 800 nm
iPCA-21-05-300-800-h   mounted on a hyperhemispherical Si lens with 12 mm diameter    1 700 EUR
iPCA-21-05-1000-800-h   mounted on a hyperhemispherical Si lens with 12 mm diameter    1 800 EUR
   additional options:
iPCA-21-05-1000-800-c   mounted on an collimating aspheric Si substrate lens with 12 mm diameter    + 200 EUR
iPCA-21-05-1000-800-a   mounted on an aspheric focusing Si lens with 12 mm diameter    + 200 EUR
iPCA-21-05-1000-800-h-f     fiber coupled antenna with FC/PC connector    + 400 EUR

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4...6 10 %
7...9 20 %
10... 30 %

3、THz透镜（太赫兹硅透镜）
太赫兹准直透镜Aspheric collimating silicon lens CL-12
太赫兹聚焦透镜Aspheric focusing silicon lens FL-12-50

太赫兹波产生的原理
太赫兹( THz) 波是指波长范围为30μm ～3 mm间的电磁辐射, 其波段位于微波和红外光之间。上世纪80年代中期以前，由于缺乏有效的太赫兹产生方法和检测手段，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限。近十几年来，由于超快激光技术的迅速发展,太赫兹脉冲的产生具备了稳定、可靠的激发光源，使太赫兹辐射的产生和应用得到了蓬勃发展。
光电导天线产生太赫兹波就是利用具有飞秒脉宽的超短激光脉冲触发光电半导体材料(如GaAs、InP等)，在这些半导体材料的表面瞬间激发出自由载流子。如果半导体表面存在电场(如外加偏置电场等)，被激发的自由载流子就会被加速，从而辐射出太赫兹波，如图1所示。

图1 光电导天线受激辐射示意图

利用光电导天线产生太赫兹波的基本原理是:在光电半导体材料表面淀积上金属电极制成偶极子天线结构。通过金属电极对这些光电半导体材料施加偏置电压。当超快激光(光子的能量要大于或者等于该种光电半导体材料的能隙)打在两电极之间的光电半导体材料上时，会在其表面瞬间(10-14s量级)产生大量的电子一空穴对。这些光生自由载流子就在外加偏置电场和内建电场的作用下做加速运动，从而在光电半导体材料的表面形成瞬变的光电流。最终，这种快速的、随时间变化的电流就会向外辐射出太赫兹波。
利用光电导天线方法产生太赫兹波发射系统的性能主要取决于三个因素:光电半导体材料、天线的几何结构和泵浦激光的脉冲宽度。光电半导体材料是产生太赫兹波的关键部件，对于性能良好的光电半导体材料，它应该具有高的载流子迁移率、低的载流子寿命和强的耐击穿能力。随着人们对光电导天线的深入研究，现在已开发出许多适宜制作光电导天线的光电半导体材料，如半绝缘砷化嫁(SI-GaAs)、磷化锢(InP)、低温生长的砷化嫁(LT-GaAs)等。
天线结构通常是由最初的Anston型偶极天线逐渐发展出来的偶极子天线（如图2所示）、共振偶极子天线、锥形端射天线、方形螺旋天线、对数周期天线、天线阵列(如图3所示)、大孔径光电导天线和小孔径光电导天线等。由于偶极子天线的结构相对比较简单，所以在大多数的利用光电导天线产生太赫兹波的实验中都是采用的这种天线结构。这种天线结构主要由三部分组成:平面偶极子，产生自由载流子的光电半导体材料和用作欧姆接触的两条共面传输线。光电导偶极子天线可以通过施加偏置电压来提高偶极子天线的激励电流，从而提高太赫兹波的发射功率。

图2 偶极子天线结构示意图                  图3 天线阵列结构示意图

光电导天线也可以制作成阵列式结构，这也是提高太赫兹波辐射功率的一种切实可行的方法。光电导天线阵列是将多个太赫兹天线组成阵列，每个阵元可以是偶极子天线，也可以是螺旋天线等等，但是每个阵元的类型、尺寸、辐射特性等必须完全相同，这样天线阵列的辐射场才能由各个阵元的辐射场在空间干涉而成。因此天线阵列的优点是可以获得比较大的发射功率和比较好的方向性，其波束方向也可以通过调节各阵元辐射电场相位的方法调节。
德国 Batop 公司的光电导天线即可用作太赫兹发生器，也可用作太赫兹探测器，其频率范围为0.1THz～3THz。其产品可应用在安全检查、医学成像、生产过程控制等领域。

图4 光电导天线实物照片

图5 光电导天线结构示意图

图6 时域太赫兹光谱仪示意图

图7 测试结果

太赫兹技术的应用领域：
太赫兹波(THz波)是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。很多年前，在红外天文学上人们曾提到太赫兹，但至今在科研和方面很少有人触及。在微波、可见光、红外等技术被广泛应用的情况下，太赫兹发展缓慢的主要原因在于缺少探测器和发射源，直到近年，随着科研手段的提高，人们在这一领域的研究才有了较大发展。
　　太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。由于太赫兹的频率很高，所以其空间分辨率也很高；又由于它的脉冲很短(皮秒量级)所以具有很高的时间分辨率。太赫兹成像技术和太赫兹光谱技术由此构成了太赫兹应用的两个主要关键技术。同时，由于太赫兹能量很小，不会对物质产生破坏作用，所以与X射线相比更具有优势。另外，由于生物大分子的振动和转动频率的共振频率均在太赫兹波段，因此太赫兹在粮食选种，优良菌种的选择等农业和食品加工行业有着良好的应用前景。太赫兹的应用仍然在不断的开发研究当中，其广阔的科学前景为世界所公认。
　　(1)THz时域光谱技术。THz时域光谱技术的基本原理是利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的THz电场，通过傅立叶变换获得被测物品的光谱信息，由于大分子的振动和转动能级大多在THz波段，而大分子，特别是生物和化学大分子是具有本身物性的物质集团，进而可以通过特征频率对物质结构、物性进行分析和鉴定。一个比较重要的应用可以作为药品质量监管。设想一下制药厂的流水线上安装一台THz时域光谱仪，从药厂出场的每一片药都进行进行光谱测量，并与标准的药物进行光谱对比，合格的将进入下一个环节，否则在流水线上将劣质药片清除掉，避免不同药片或不同批次药片的品质差仪，保证药品的品质。
　　(2)THz成像技术。跟其他波段的成像技术一样，THz成像技术也是利用THz射线照射被测物，通过物品的透射或反射获得样品的信息，进而成像。THz成像技术可以分为脉冲和连续两种方式。前者具有THz时域光谱技术的特点。同时它可以对物质集团进行功能成像，获得物质内部的折射率分布。例如葵花籽可以和容易获得葵花子的内部信息。通过对比葵花籽样品的实物照片和相应方法重构的THz 透射图像，能清晰地分辨果壳的轮廓和隐藏在果壳中果仁的形状，这是最希望的。同样，如果样品是人的牙齿，那么牙齿的正常部分与损蛀部分将很容易的区分开，同时不必照射x射线，对人体没有附加伤害。
　　(3)安全检查，利用安全检查应该说是现阶段最吸引人的THz技术，它的本质原理是THz成像，由于目前主要采用连续波THz源，而且又由于它要解决的是目前最受人关注的反恐、缉毒等最让人关注的问题，所以单列出来。目前英国发展的THz安检设备已经进入试用阶段。由于THz射线的穿透性和对金属材料的强反射特性，并且THz的高频率是的成像的分辨率更高，所以可以很容易看到隐藏在衣物、鞋内的刀具、枪械等物品。同时如果结合THz的物质鉴别特性，能够区分你身上是否携带Explosives or drugs。另外，世界范围内引起社会动荡的，也可以利用THz安检设备进行防范。因为站岗的可以不再是士兵或保安人员，而是THz安检仪，人们不需要靠近可疑分子就可以对其进行检查。
　　(4)THz雷达。实际上也是成像的一种。鉴于大气中水分对THz射线的强吸收作用，所以近距离雷达是THz射线的优势所在。一个非常让人向往的应用是穿墙雷达和探雷雷达，当然也可以用于抗震救灾中遇难者的搜救，目前还处于研发阶段。这是由于墙壁，木材等材料对THz透过，而人体包含大量水分，不透过THz，因此可以透过墙壁侦查到屋内的人员的分布和活动，将反恐怖反绑架起到深远的影响，同理也可以用于废墟下人体的寻找。而探雷雷达是由于地雷一般在地表或地表附近，而干燥的泥土可以透过THz射线，而地雷将会把THz射线反射回来，从而可以发现目标。
　　(5)天文学：在宇宙中，大量的物质在发出THz电磁波。炭、水、一氧化碳、氮、氧等大量的分子可以在THz频段进行探测。而这些物质在应用THz技术以前一部分根本无法探测而另一部分只能在海拔很高或者月球表面才可以探测到。
　　(6)通信技术：THz用于通信可以获得10GB/s的无线传输速度，特别是卫星通信，由于在外太空，近似真空的状态下，不用考虑水分的影响，这比当前的超宽带技术快几百至一千多倍。这就使得THz通信可以以极高的带宽进行高保密卫星通信。虽然由于缺乏高效的THz发射天线和源，使其还无法在通信领域商业化，但这必将由新型的发射装置和发射源所解决。
此外，太赫兹在半导体材料、高温超导材料的性质研究等领域也有广泛的应用。研究该频段不仅将推动理论研究工作的重大发展，而且对固态电子学和电路技术也将提出重大挑战。

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