تصميم وتصنيع، والتجريبية توصيف Plasmonic بواعث تيراهيرتز موصل كهربائي بفعل الضوء

الهدف العام من هذا الإجراء هو إظهار طريقة عالية الكفاءة لتوليد إشعاع التيراهيرتز. يتم تحقيق ذلك من خلال دمج أقطاب التلامس البلازمونية في بواعث ertz الموصلة للصور لتمكين الكفاءة الكمومية العالية وتشغيل الجهاز بسرعة فائقة في وقت واحد. تتمثل الخطوة الأولى في تصنيع نماذج أولية لباعث موصل للصور البلازموني باستخدام الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون.

بعد ذلك ، يتم قياس القدرة الإشعاعية للنماذج الأولية للباعث المنفذة ومقارنتها مع بواعث ERTZ الموصلة للصور التقليدية المتطابقة بدون أقطاب كهربائية بلازمونية. تتمثل الخطوة الأخيرة في توصيف الخصائص الطيفية للإشعاع من النماذج الأولية لباعث إرتز الموصلة للصور البلازمونية. في النهاية ، يتم الحصول على النتائج ، والتي تظهر أن دمج الأقطاب الكهربائية البلازمونية في باعث موصل للصور يمكن أن يعزز قوة الإشعاع وكفاءته بمقدار أمرين من حيث الحجم.

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في معالجة القيود الرئيسية للتقليدي ل ertz TERs الموصلة ، وهي المفاضلة بين الكفاءة الكمومية العالية والتشغيل فائق السرعة للتقليدية. للموصلات. تتكون بواعث ertz الموصلة للصور التقليدية من هوائي ertz مدمج مع موصل صور فائق السرعة. تيراهيرتز.

يتم إنتاج التيارات الكهربائية لهذا الهوائي عندما يتم تركيز شعاع المضخة الضوئية مع مكونات تردد تيراهيرتز على موصل الصور فائق السرعة. يولد هذا الشعاع حاملات صور بمعدل يتناسب مع غلاف المضخة الضوئية. مع تطبيق مجال كهربائي متحيز ، تنجرف حاملات الصور نحو أقطاب التلامس ، وتغذي الهوائي ، وتولد إشعاع إرتز.

الميزة الرئيسية للبلازما على بواعث ertz الموصلة للصور التقليدية هي أنها تسمح بتراكم عدد أكبر بكثير من الناقلات التي تم إنشاؤها بالصور على مقربة من أقطاب التلامس البلازمونية. يمكن لهذه الموجات الحاملة بعد ذلك الانجراف إلى هوائي ertz ضمن مقياس زمني فرعي بيكو ثانية. تحقق أقطاب التلامس البلازمونية هذا التراكم الأكبر للناقل لأنها تسمح بحبس الضوء في المناطق النشطة للجهاز النانوي ، وتوفر تحسينا غير عادي للضوء عند التلامس المعدني وواجهة أشباه الموصلات الممتصة للصور.

لتنفيذ النمط الأول لباعث الرعب الموصل للصور البلازموني ، فإن أقطاب التلامس البلازمونية ذات المقياس النانوي باستخدام الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون متبوعة بترسيب المعدن وإقلاعه. بعد ذلك ، قم بإيداع طبقة ثاني أكسيد السيليكون باستخدام ملامسة حفر الترسب الكيميائي المعزز بالبلازما عبر طبقة ثاني أكسيد السيليكون باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية البصرية وحفر البلازما الجافة. أخيرا ، قم بتصميم الهوائيات وخطوط التحيز باستخدام الطباعة الحجرية البصرية ، متبوعا بترسيب المعدن والإقلاع.

كريستوفر بيري ، طالب دراسات عليا من مختبري ، سيوضح إجراء توصيف راتر. بعد تصنيع الدرجات البلازمونية ، يجب تعبئتها وتمييزها. يتم تثبيت الأجهزة على عدسة سيليكون متصلة بغسالة من الألومنيوم ثم توضع على حامل دوران.

قم بتركيز شعاع المضخة الضوئية بإحكام من وضع الياقوت المصنوع من التيتانيوم بالليزر المقفل على المنطقة النشطة للجهاز. اضبط حامل الدوران بحيث يكون المجال الكهربائي للمضخة الضوئية عموديا على التدرجات البلازمونية من أجل الإثارة الفعالة لموجات البلازما السطحية. استخدم الآن المحلل البارامتري لتطبيق جهد التحيز على الجهاز في وقت واحد وقياس التيار الكهربائي المستحث.

تأكد من محاذاة المضخة والاستقطاب الأمثل عن طريق زيادة تيار الصورة للجهاز إلى أقصى حد. لقياس طاقة الخرج ، استخدم مروحية بصرية لتعديل الشعاع من حادث ليزر المضخة المقفلة في الوضع على الجهاز. قم بتوصيل إخراج الكاشف الكهروحراري بمكبر للصوت.

باستخدام التردد المرجعي للمروحية الضوئية ، استخدم الكاشف الكهروحراري لقياس طاقة الخرج للنموذج الأولي لباعث تيراهيرتز البلازموني. ابدأ التوصيف الطيفي عن طريق أخذ الحزمة من ليزر مغلق بوضع التيتانيوم الياقوت واستخدام مقسم شعاع لتقسيمه إلى شعاع مضخة وشعاع مسبار يعدل الحزمة في مسار المضخة باستخدام معدل كهروضوئي. ركز شعاع المضخة على المنطقة النشطة للباعث قيد الاختبار.

لتوليد إشعاع تيراهيرتز ، قم بتركيز شعاع ertz المتولد باستخدام عدسة كروية من البولي إيثيلين عند نقطة قبل المستوى البؤري لشعاع ertz ، وقم بدمجها مع شعاع المسبار البصري باستخدام مرشح زجاجي مطلي بأكسيد القصدير الإنديوم ، وتركيب بلورة تيلورايد الزنك بسمك ملليمتر واحد على مرحلة الدوران. ضع هذا في التركيز المشترك للحزمة البصرية والتيراهيرتز لتغيير التأخير الزمني بين النبضات البصرية والتيراهيرتز التي تتفاعل في بلورة تيلورايد الزنك. أدخل خط تأخير بصري يمكن التحكم فيه في مسار المسبار البصري باستخدام مرحلة خطية آلية.

استخدم لوحة نصف موجة في مسار شعاع المسبار لتدوير استقطاب المسبار البصري ليكون عند 45 درجة بالنسبة إلى اتجاه الاستقطاب ertz. بعد ذلك ، استخدم لوحة ربع موجة بعد بلورة تيلورايد الزنك لتحويل استقطاب الحزمة الضوئية إلى استقطاب دائري. ثم قم بتقسيم الشعاع البصري المستقطب دائريا إلى فرعين مع منشور جدار.

قم بقياس طاقة الحزمة الضوئية في كل فرع باستخدام كاشفين متوازنين متصلين بمكبر للصوت. للتحكم في التجربة وجمع البيانات. قم بتوصيل خط التأخير الآلي وقفل مكبر الصوت بالكمبيوتر المبرمج لتحريك خط التأخير الآلي بشكل متكرر.

إيقاف مؤقت وقراءة البيانات من القفل. مكبر الصوت الموضح هنا أمثلة على بواعث اليسار والبلازمونية اليمنى التقليدية التي تم تصنيعها واختبارها. الفرق هو أن باعث البلازمون يشتمل على درجتين من التلامس البلازموني على نطاق النانو في منفذ الإدخال لهوائي ربطة العنق كما هو موضح في الجزء الداخلي عند الحادث الأيمن.

تم تركيز المضخة الضوئية بإحكام على كل جهاز مصنع وتم وضعها بالقرب من قطب تلامس الأنود لزيادة الطاقة المشعة. كما تم اختيار اتجاه المجال الكهربائي البصري لكل جهاز لزيادة الطاقة المشعة. يظهر باللون الأزرق طاقة إشعاع te هرتز المقاسة من باعث تيراهيرتز البلازموني كدالة لطاقة المضخة الضوئية.

المنحنى الأحمر مخصص للباعث التقليدي ، والمحور الرأسي لوغاريتمي. يستخدم الجزء الداخلي نفس نظام الألوان لإظهار تيار الصورة كدالة لطاقة المضخة الضوئية. يرجع التحسين الكبير في طاقة الإشعاع إلى مستويات تيار الصورة الأعلى المتولدة عند استخدام أقطاب التلامس البلازمونية.

هنا ، يتم رسم طاقة إشعاع تيراهيرتز المقاسة مقابل تيار الصورة الذي تم جمعه لمختلف الفولتية التحيز وقوى المضخة الضوئية. مرة أخرى ، يتوافق اللون الأزرق مع باعث البلازموني الأحمر للباعث التقليدي. جميع نقاط البيانات مثبتة على نفس الخط بمنحدر قدره اثنين.

وهذا يؤكد الاعتماد التربيعي لقدرة الإشعاع على التيار الضوئي المستحث وحقيقة أن جميع ظروف التشغيل وخصائص الهوائي هي نفسها بالنسبة للبواعثين. يتم عرض تحسين طاقة ertz المعرف على أنه نسبة طاقة ertz المنبعثة من باعث ertz البلازموني إلى باعث ertz التقليدي هنا كدالة لجهد التحيز لمستويات طاقة المضخة الضوئية المختلفة عند مستويات طاقة المضخة الضوئية المنخفضة والجهد التحيز البالغ 30 فولت عوامل تحسين طاقة الإخراج تصل إلى 50. ينخفض عامل التحسين بشكل طفيف عند مستويات طاقة المضخة الضوئية الأعلى والفولتية العالية.

يمكن تفسير ذلك من خلال تأثير فحص الموجة الحاملة ، والذي يجب أن يؤثر على موصل الصورة البلازموني أكثر لأنه يولد المزيد من تيار الصورة ويفصل عددا أكبر من أزواج ثقب الإلكترون. يوضح هذا المخطط القوة المشعة في المجال الزمني من باعث موصل الصور البلازموني. تم قياسه استجابة لنبضة بصرية 200 فيمتو ثانية من ليزر ياقوت من التيتانيوم مغلق بطول موجي مركزي 800 نانومتر ومعدل تكرار 76 ميغاهيرتز.

تظهر القدرة المشعة في مجال التردد قمم حول 0.35 إرتز و 0.55 إرتز مرتبطة بقمم الرنين لهوائي ربطة العنق. ترتبط الذروة حول 0.1 تيراهرتز بذروة الرنين للهوائي ثنائي القطب المتكون من خطوط انحياز هوائي ربطة العنق. في هذا الفيديو ، نقدم تقنية جديدة لتوليد rah Hz موصل للصور تستخدم تكوين قطب تلامس البلازموني لتعزيز كفاءة التحويل البصري إلى rah Hz بمقدار أمرين من حيث الحجم.

تعد الزيادة الكبيرة في طاقة إشعاع راه هرتز من باعث موصل الصور البلازموني المعروض ذات قيمة كبيرة لأنظمة التحليل الطيفي وقياس الطيف للتصوير عالي الحساسية في المستقبل لتحديد المواد الكيميائية المتقدمة ، والتصوير الطبي ، وعلم فلك الاستشعار البيولوجي ، والفحص الأمني ، وتوصيف المواد.