Копланарный оптоэлектронный смеситель испытали на пластине до 500 ГГц

Копланарный фотопроводящий смеситель испытан непосредственно на пластине в диапазоне до 500 ГГц. Авторы препринта arXiv:2608.03768 построили схему с раздельными 50-омными GSG-доступами для RF и IF, выполнили VNA-характеризацию пассивной структуры и измерили потери преобразования при оптической накачке. Такой подход переводит терагерцовый фотосмеситель в формат интегрального СВЧ-узла, доступного для circuit-level моделирования и зондовых измерений.

Активным элементом служит фотопроводник LT-GaAs диаметром 4 мкм. В обвязку входят шунтирующий титановый резистор 75 Ом, последовательный MIM-конденсатор 2 пФ и шунтирующий MIM-конденсатор 1 пФ. Кристалл изготовлен на высокоомной SOI-подложке с кремниевым приборным слоем толщиной 10 мкм, а LT-GaAs перенесён термокомпрессионным Au–Au-бондингом. Открытая копланарная структура упрощает доступ зондами, хотя её электромагнитное экранирование уступает зрелым корпусированным THz MMIC.

S11 и передача RF→IF измерялись в темноте, когда сопротивление фотопроводника составляло около 1 МОм. До 325 ГГц применялась LRRM-калибровка, выше использовалась mTRL на высокоомном кремнии. Рабочие S-параметры освещённого смесителя напрямую не получены: они рассчитаны с учётом модели фотопроводника. Поэтому заявленные S11 ниже −10 дБ до 215 ГГц и примерно −6.5 дБ на верхней границе диапазона относятся к моделированию при сопротивлении включённого элемента 110 Ом.

Потери преобразования измерялись при IF 1 ГГц и оптической мощности около 40 мВт, соответствующей сопротивлению примерно 240 Ом. Оптический гетеродин формировали биения двух перестраиваемых DFB-лазеров на 780 нм. Терагерцовый сигнал подавался электронными источниками через умножители VDI и GSG-зонды. Получены 22.5–25.5 дБ ниже 320 ГГц и 26–34 дБ вплоть до 500 ГГц. Точки собраны несколькими комплектами источников, умножителей и зондов, поэтому результат не представляет единый непрерывный измерительный тракт.

Модель использует рассчитанную по геометрии ёмкость фотопроводника 10.8 фФ и эффективное время жизни носителей около 0.8 пс, найденное подгонкой. Расчёт совпадает с измеренными потерями преобразования примерно в пределах заявленной вариабельности ±1 дБ. De-embedding при этом выполнен скалярно: учтены модули S21 кабелей и зондов, тогда как полная векторная характеристика терагерцового тракта отсутствует.

Резистивное согласование выравнивает S11, одновременно рассеивая часть доступной мощности. Для следующей версии предложены последовательный резистор 20 Ом и шунтирующий 100 Ом. Расчёт даёт около −10 дБ до 500 ГГц при добавочных потерях преобразования 2.8–4.5 дБ относительно несогласованного фотопроводника. Работа пока опубликована как препринт, а долговременная стабильность при максимальной оптической накачке 95 мВт ещё не исследована.