太赫兹波气象探测器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106896081A(43)申请公布日2017.06.27(21)申请号201510965158.7(22)申请日2015.12.21(71)申请人中国科学院物理研究所地址100190北京市海淀区中关村南三街8号(72)发明人魏红祥丰家峰韩秀峰(74)专利代理机构北京市正见永申律师事务所11497代理人黄小临冯玉清(51)Int.Cl.G01N21/3586(2014.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称太赫兹波气象探测器(57)摘要本发明涉及太赫兹波气象探测器，包括：太赫兹信号源，包括：自旋微波振荡器，具有自旋注入层和设置在其上的磁进动层，自旋注入层在接收到非自旋极化的电流输入时产生自旋极化的电流输出，磁进动层由磁性导电材料形成，接收所述自旋极化电流，并且响应于其而发生磁矩的进动，从而输出振荡电信号；以及倍频链，包括多个倍频器形成的链路，对自旋微波振荡器提供的振荡电信号进行倍频，从而输出太赫兹电信号；收发天线模块，包括：辐射天线，接收来自太赫兹信号源的太赫兹电信号，并且向外辐射太赫兹波；以及接收天线，接收太赫兹波的反射回波，并且将其转换成电信号；以及信号分析模块，用于分析所述电信号，从而获得气象信息。CN106896081ACN106896081A权利要求书1/1页1.一种太赫兹波气象探测器，包括：太赫兹信号源，包括：自旋微波振荡器，包括自旋注入层和设置在所述自旋注入层上的磁进动层，所述自旋注入层在接收到非自旋极化的电流输入时产生自旋极化的电流输出，所述磁进动层由磁性导电材料形成，接收来自所述自旋注入层的自旋极化电流，并且响应于该自旋极化电流，所述磁进动层的磁矩发生进动，从而输出振荡电信号；以及倍频链，包括多个倍频器形成的链路，对所述自旋微波振荡器提供的振荡电信号进行倍频，从而输出太赫兹电信号；收发天线模块，包括：辐射天线，接收来自所述太赫兹信号源的太赫兹电信号，并且向外辐射太赫兹波；以及接收天线，接收所述太赫兹波的反射回波，并且将其转换成电信号；以及信号分析模块，用于分析所述接收天线提供的电信号，从而获得气象信息。2.如权利要求1所述的太赫兹波气象探测器，其中，所述自旋微波振荡器还包括设置在所述自旋注入层与所述磁进动层之间的间隔层，所述间隔层由非磁导电材料或非磁绝缘材料形成。3.如权利要求2所述的太赫兹波气象探测器，其中，当所述间隔层由磁性导电材料形成时，所述间隔层的厚度小于其自旋扩散长度。4.如权利要求1所述的太赫兹波气象探测器，其中，所述自旋注入层由自旋霍尔效应材料或反常霍尔效应材料形成，其中，所述自旋霍尔效应材料包括：Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、Y，以及它们的组合；IrMn、PtMn和AuMn；以及Bi2Se3、Bi2Te3，且其中，所述反常霍尔效应材料包括：Fe、Co、Ni，以及它们的合金；Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er，以及它们的合金。5.如权利要求1所述的太赫兹波气象探测器，还包括设置在所述自旋微波振荡器与所述倍频链之间的高通滤波器。6.如权利要求1所述的太赫兹波气象探测器，其中，所述多个倍频器包括：连接到所述自旋微波振荡器的至少一个高次倍频器，所述高次倍频器的倍频系数大于3；以及连接到所述至少一个高次倍频器的多个低次倍频器，所述低次倍频器的倍频系数为2或3。7.如权利要求6所述的太赫兹波气象探测器，其中，所述多个低次倍频器的个数小于等于4。8.如权利要求6所述的太赫兹波气象探测器，还包括插入在所述倍频链的多个倍频器中的至少一个锁相环。9.如权利要求8所述的太赫兹波气象探测器，其中，所述至少一个锁相环插入在所述至少一个高次倍频器与所述多个低次倍频器之间。10.如权利要求9所述的太赫兹波气象探测器，还包括至少一个功率放大器，其设置在所述锁相环与所述多个低次倍频器之间。2CN106896081A说明书1/6页太赫兹波气象探测器技术领域[0001]本发明总体上涉及太赫兹波，更特别地，涉及一种基于太赫兹波的气象探测器。背景技术[0002]太赫兹，即太拉赫兹，一般指的是100GHz到10THz范围的频率，相应的波长为3毫米到30微米，在电磁波谱上介于毫米波与红外光之间，代表了从量子机制传输理论到经典机制传输理论的重要转变。太赫兹波的这一特殊位置决定了其丰富的科学内涵，兼具微波毫米波与红外可见光两个区域的特性，使得其在许多领域都有重大的应用前景。[0003]太赫兹波的重要特性包括穿透性、安全性、宽带性和相干性等，并且许多小分子的转动跃迁和大分子的集体振动跃迁都会在这个波段范围内产生明显的特征吸收峰。在大气层中存在大量的氧气分子、一氧化碳分子、水汽、尘埃微粒等，这些物质都具有丰富的太赫