Conception, fabrication et expérimentale Caractérisation des plasmoniques émetteurs térahertz Photoconductive

L’objectif global de cette procédure est de démontrer une méthode très efficace pour générer un rayonnement térahertz. Ceci est accompli en incorporant des électrodes de contact plasmoniques dans des émetteurs ertz photoconducteurs pour permettre une efficacité quantique élevée et un fonctionnement ultra rapide du dispositif simultanément. La première étape consiste à fabriquer des prototypes d’émetteurs photoconducteurs plasmoniques à l’aide de la lithographie par faisceau d’électrons.

Ensuite, la puissance de rayonnement des prototypes d’émetteurs mis en œuvre est mesurée et comparée à des émetteurs d’ertis photoconducteurs conventionnels identiques sans électrodes plasmoniques. La dernière étape consiste à caractériser les propriétés spectrales du rayonnement à partir de prototypes d’émetteurs ertz photoconducteurs plasmoniques. En fin de compte, des résultats sont obtenus, qui montrent que l’incorporation d’électrodes plasmoniques dans un émetteur photoconducteur pourrait augmenter la puissance et l’efficacité du rayonnement de deux ordres de grandeur.

Cette méthode peut aider à résoudre la principale limitation du conventionnel pour les TER ertz conducteurs, à savoir le compromis entre une efficacité quantique élevée et un fonctionnement ultrarapide du conventionnel. Pour les chefs d’orchestre. Les émetteurs ertz photoconducteurs conventionnels sont constitués d’une antenne ertz intégrée à un photoconducteur ultra rapide. Terahertz.

Des courants électriques sont produits pour cette antenne lorsqu’un faisceau de pompe optique avec des composantes de fréquence térahertz est focalisé sur le photoconducteur ultra-rapide. Ce faisceau génère des supports photo à un débit proportionnel à l’enveloppe de la pompe optique. Avec l’application d’un champ électrique de polarisation, les supports photo dérivent vers les électrodes de contact, alimentant l’antenne et générant un rayonnement ertz.

Le principal avantage des émetteurs d’ertx photoconducteurs conventionnels par rapport aux émetteurs photoconducteurs conventionnels est qu’ils permettent l’accumulation d’un nombre beaucoup plus important de porteurs photogénérés à proximité des électrodes de contact plasmoniques. Ces porteurs peuvent ensuite dériver vers l’antenne ertz dans une échelle de temps inférieure à la picoseconde. Les électrodes de contact plasmoniques permettent cette plus grande accumulation de porteurs car elles permettent le confinement de la lumière dans les régions actives du dispositif à l’échelle nanométrique et offrent une amélioration extraordinaire de la lumière à l’interface du contact métallique et du semi-conducteur photoabsorbant

Pour mettre en œuvre un premier modèle d’émetteur de herz de terreur photoconductrice plasmonique, les électrodes de contact plasmonique à l’échelle nanométrique utilisent la lithographie par faisceau d’électrons suivie d’un dépôt de métal et d’un décollage. Ensuite, déposez une couche de dioxyde de silicium à l’aide d’un contact de gravure par dépôt chimique en phase vapeur amélioré par plasma via la couche de dioxyde de silicium à l’aide de la photolithographie optique et de la gravure au plasma sec. Enfin, modélisez les antennes et les lignes de polarisation à l’aide de la lithographie optique, suivie du dépôt de métal et du décollage.

Christopher Berry, un étudiant diplômé de mon laboratoire, fera la démonstration de la procédure de caractérisation du rahter. Après la fabrication de la classification plasmonique, il faut l’emballer et le caractériser. Les appareils sont montés sur une lentille en silicium qui est fixée à une rondelle en aluminium, puis placés sur un support rotatif.

Focalisez étroitement le faisceau de la pompe optique d’un laser verrouillé en mode saphir de titane sur la zone active de l’appareil. Ajustez le support de rotation de sorte que le champ électrique de la pompe optique soit perpendiculaire aux gradations plasmoniques pour une excitation efficace des ondes plasma de surface. Utilisez maintenant l’analyseur paramétrique pour appliquer simultanément une tension de polarisation à l’appareil et mesurer son courant électrique induit.

Assurez l’alignement et la polarisation optimaux de la pompe en maximisant le photocourant de l’appareil. Pour mesurer la puissance de sortie, utilisez un hacheur optique pour moduler le faisceau du laser de la pompe à verrouillage de mode incident sur l’appareil. Connectez la sortie d’un détecteur pyroélectrique à un amplificateur de verrouillage.

À l’aide de la fréquence de référence du hacheur optique, utilisez le détecteur pyroélectrique pour mesurer la puissance de sortie du prototype d’émetteur plasmonique térahertz. Commencez la caractérisation spectrale en prenant le faisceau d’un laser verrouillé en mode saphir de titane et en utilisant un séparateur de faisceau pour le diviser en un faisceau de pompe et un faisceau de sonde pour moduler le faisceau dans le trajet de la pompe avec un modulateur électro-optique. Focalisez le faisceau de la pompe sur la zone active de l’émetteur testé.

Pour générer un rayonnement térahertz, focalisez le faisceau ertz généré à l’aide d’une lentille sphérique en polyéthylène en un point situé avant le plan focal du faisceau ertz, combinez-le avec le faisceau de la sonde optique à l’aide d’un filtre en verre recouvert d’oxyde d’indium et d’étain et montez un cristal de tellurure de zinc d’un millimètre d’épaisseur sur un étage de rotation. Placez-le au foyer combiné du faisceau optique et térahertz pour faire varier le retard temporel entre les impulsions optiques et térahertz interagissant dans le cristal de tellurure de zinc. Insérez une ligne à retard optique contrôlable dans le trajet de la sonde optique à l’aide d’une platine linéaire motorisée.

Utilisez une plaque demi-onde dans le trajet du faisceau de la sonde pour faire pivoter la polarisation de la sonde optique de manière à ce qu’elle soit à 45 degrés par rapport à la direction de polarisation ertz. Ensuite, utilisez une plaque quart d’onde après le cristal de tellurure de zinc pour convertir la polarisation du faisceau optique en polarisation circulaire. Ensuite, divisez le faisceau optique polarisé circulairement en deux branches avec un prisme mural.

Mesurez la puissance du faisceau optique dans chaque branche à l’aide de deux détecteurs symétriques connectés à un amplificateur de verrouillage. Pour le contrôle des expériences et la collecte de données. Connectez la ligne à retard motorisée et verrouillez l’amplificateur à l’ordinateur programmé pour déplacer de manière itérative la ligne à retard motorisée.

Faites une pause et lisez les données du verrouillage. Les amplificateurs présentés ici sont des exemples d’émetteurs gauches et plasmoniques droits conventionnels qui ont été fabriqués et testés. La différence est que l’émetteur plasmonique intègre deux gradations de contact plasmonique à l’échelle nanométrique dans le port d’entrée de l’antenne nœud papillon, comme indiqué sur l’encart à droite de l’incident.

La pompe optique était étroitement concentrée sur chaque dispositif fabriqué et positionnée près de l’électrode de contact de l’anode pour maximiser la puissance rayonnée. L’orientation du champ électrique optique pour chaque dispositif a également été choisie pour maximiser la puissance rayonnée. En bleu, la puissance de rayonnement te hertz mesurée par l’émetteur plasmonique térahertz en fonction de la puissance de la pompe optique.

La courbe rouge correspond à la note émettrice conventionnelle, l’axe vertical est logarithmique. L’encart utilise le même schéma de couleurs pour afficher le courant photo en fonction de la puissance de la pompe optique. L’augmentation significative de la puissance du rayonnement est due aux niveaux de photocourant plus élevés générés lors de l’utilisation d’électrodes de contact plasmoniques.

Ici, la puissance du rayonnement térahertz mesurée est tracée en fonction du photocourant collecté pour diverses tensions de polarisation et puissances de pompe optique. Encore une fois, le bleu correspond à l’émetteur plasmonique le rouge à l’émetteur conventionnel. Les points de données sont tous des courbes ajustées à la même ligne avec une pente de deux.

Cela confirme la dépendance quadratique de la puissance de rayonnement par rapport au photocourant induit et le fait que toutes les conditions de fonctionnement et les propriétés de l’antenne sont les mêmes pour les deux émetteurs. L’augmentation de puissance ertz, définie comme le rapport entre la puissance ertz émise par l’émetteur ertz plasmonique et l’émetteur ertz conventionnel, est représentée ici en fonction de la tension de polarisation pour différents niveaux de puissance de la pompe optique à de faibles niveaux de puissance de la pompe optique et une tension de polarisation de 30 volts, des facteurs d’augmentation de puissance de sortie allant jusqu’à 50 sont observés. Le facteur d’amélioration diminue légèrement lorsque les niveaux de puissance de la pompe optique sont plus élevés et que les tensions sont plus élevées.

Cela peut s’expliquer par l’effet de blindage des porteurs, qui devrait affecter davantage le photoconducteur plasmonique puisqu’il génère plus de photocourant et sépare un plus grand nombre de paires de trous d’électrons. Ce graphique montre la puissance rayonnée dans le domaine temporel de l’émetteur photoconducteur plasmonique. Il a été mesuré en réponse à une impulsion optique de 200 femtosecondes provenant d’un laser saphir en titane à verrouillage de mode avec une longueur d’onde centrale de 800 nanomètres et un taux de répétition de 76 mégahertz.

La puissance rayonnée dans le domaine fréquentiel présente des pics autour de 0,35 ertz et 0,55 ertz qui sont associés aux pics de résonance de l’antenne en nœud papillon. Le pic autour de 0,1 térahertz est associé au pic de résonance de l’antenne dipôle formée par les lignes de polarisation de l’antenne en nœud papillon. Dans cette vidéo, nous présentons une nouvelle technique de génération de rah Hz photoconductrice qui utilise une configuration d’électrode de contact plasmonique pour améliorer l’efficacité de conversion optique-rah Hz de deux ordres de grandeur.

L’augmentation significative de la puissance du rayonnement rah Hz de l’émetteur photoconducteur plasmonique présenté est très précieuse pour les futurs systèmes de spectroscopie et de spectrométrie d’imagerie térahertz à haute sensibilité pour l’identification chimique avancée, l’imagerie médicale, l’astronomie de détection biologique, le contrôle de sécurité et la caractérisation des matériaux.