עיצוב, ייצור, וניסויית אפיון של פולטי Terahertz פוטו Plasmonic

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים שיטה יעילה ביותר ליצירת קרינת טרה-הרץ. זה מושג על ידי שילוב אלקטרודות מגע פלזמוניות בפולטות ארץ מוליכות צילום כדי לאפשר יעילות קוונטית גבוהה ותפעול מהיר במיוחד של המכשיר בו זמנית. הצעד הראשון הוא לייצר אבות טיפוס של פולט מוליך צילום פלזמוני באמצעות ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים.

לאחר מכן, נמדד עוצמת הקרינה של אבות הטיפוס הפולטים המיושמים ומושווה לפולטי ארץ מוליכי צילום קונבנציונליים זהים ללא אלקטרודות פלזמוניות. השלב האחרון הוא לאפיין את התכונות הספקטרליות של הקרינה מאבות טיפוס של פולט ertz מוליך צילום פלזמוני. בסופו של דבר, מתקבלות תוצאות, המראות כי שילוב אלקטרודות פלסמוניות בפולט מוליך פוטו יכול לשפר את עוצמת הקרינה והיעילות בשני סדרי גודל.

שיטה זו יכולה לעזור לטפל במגבלה העיקרית של קונבנציונלי עבור TERs מוליכים, שהיא הפשרה בין יעילות קוונטית גבוהה לפעולה מהירה במיוחד של קונבנציונלי. למוליכים. פולטי ertz מוליכי צילום קונבנציונליים מורכבים מאנטנת ertz המשולבת עם מוליך צילום מהיר במיוחד. טרה-הרץ.

זרמים חשמליים מיוצרים עבור אנטנה זו כאשר קרן משאבה אופטית עם רכיבי תדר טרה-הרץ ממוקדת במוליך הצילום המהיר במיוחד. אלומה זו מייצרת נושאי צילום בקצב פרופורציונלי למעטפת המשאבה האופטית. עם הפעלת שדה חשמלי הטיה, נושאי הצילום נסחפים לעבר אלקטרודות המגע, מזינים את האנטנה ויוצרים קרינת ארץ.

היתרון העיקרי של פלזמוני על פני פולטות ארץ מוליכות צילום קונבנציונליות הוא בכך שהן מאפשרות הצטברות של מספר גדול בהרבה של נשאים שנוצרו בצילום בסמיכות לאלקטרודות המגע הפלזמוניות. לאחר מכן, מובילים אלה יכולים להיסחף לאנטנת ertz בטווח זמן של תת-פיקו-שנייה. אלקטרודות מגע פלזמוניות משיגות הצטברות נשא גדולה יותר זו מכיוון שהן מאפשרות כליאת אור באזורים פעילים של מכשיר בקנה מידה ננומטרי, ומציעות שיפור אור יוצא דופן במגע המתכת ובממשק מוליכים למחצה סופג תמונות.

כדי ליישם דפוס ראשון של פולט הרץ מוליך צילום פלזמוני, אלקטרודות המגע הפלזמוניות בקנה מידה ננומטרי באמצעות ליתוגרפיה של קרן אלקטרונים ואחריה שקיעת מתכת והמראה. לאחר מכן, הפקידו שכבת סיליקון דו חמצני באמצעות מגע תחריט תצהיר אדים כימי משופר בפלזמה דרך שכבת הסיליקון הדו-חמצני באמצעות פוטוליתוגרפיה אופטית ותחריט פלזמה יבש. לבסוף, דפוס האנטנות וקווי ההטיה באמצעות ליתוגרפיה אופטית, ואחריה שקיעת מתכת והמראה.

כריסטופר ברי, סטודנט לתואר שני מהמעבדה שלי, ידגים את הליך אפיון הרהטר. לאחר ייצור הדירוג הפלזמוני, יש לארוז ולאפיין אותו. המכשירים מותקנים על עדשת סיליקון המחוברת למכונת כביסה מאלומיניום ואז מונחים על תושבת סיבוב

מקד בחוזקה את קרן המשאבה האופטית ממצב ספיר טיטניום לייזר נעול על האזור הפעיל של המכשיר. כוונן את תושבת הסיבוב כך שהשדה החשמלי של המשאבה האופטית יהיה בניצב לדירוגים הפלזמוניים לעירור יעיל של גלי פלזמה על פני השטח. כעת השתמש במנתח הפרמטרי כדי להפעיל בו זמנית מתח הטיה על המכשיר ולמדוד את הזרם החשמלי המושרה שלו.

ודא את יישור המשאבה והקיטוב האופטימליים על ידי מקסום זרם הצילום של המכשיר. כדי למדוד את הספק המוצא, השתמש במסוק אופטי כדי לווסת את הקרן מאירוע לייזר המשאבה הנעולה במצב במכשיר. חבר את הפלט של גלאי פירואלקטרי לנעילה ampחיים יותר.

באמצעות תדר הייחוס של המסוק האופטי, השתמש בגלאי הפירואלקטרי כדי למדוד את הספק המוצא של אב הטיפוס של פולט הטרה-הרץ הפלזמוני. התחל באפיון ספקטרלי על ידי לקיחת הקרן מלייזר נעול במצב ספיר טיטניום ושימוש במפצל קרן כדי לפצל אותה לקרן משאבה וקרן בדיקה מווסתת את הקרן בנתיב המשאבה עם מאפנן אלקטרו-אופטי. מקד את קרן המשאבה על האזור הפעיל של הפולט הנבדק.

כדי ליצור קרינת טרה-הרץ, מקד את קרן ה-ertz שנוצרה באמצעות עדשה כדורית מפוליאתילן בנקודה לפני מישור המוקד של קרן ה-ertz, שלב אותה עם קרן הבדיקה האופטית באמצעות מסנן זכוכית מצופה תחמוצת פח אינדיום הרכיב גביש טלוריד אבץ בעובי מילימטר אחד על שלב סיבוב. מקם זאת במוקד המשולב של הקרן האופטית והטרה-הרץ כדי לשנות את עיכוב הזמן בין הפולסים האופטיים והטרה-הרץ הפועלים בגביש האבץ טלוריד. הכנס קו עיכוב אופטי הניתן לשליטה בנתיב הבדיקה האופטית באמצעות שלב ליניארי ממונע.

השתמש בלוחית חצי גל בנתיב אלומת הגשושית כדי לסובב את הקיטוב של הגשושית האופטית כך שיהיה ב-45 מעלות ביחס לכיוון הקיטוב של ארץ. לאחר מכן, השתמש בלוח רבע גל אחרי גביש האבץ טלוריד כדי להמיר את קיטוב הקרן האופטית לקיטוב מעגלי. לאחר מכן פיצל את הקרן האופטית המקוטבת מעגלית לשני ענפים עם מנסרת וולין.

מדוד את עוצמת האלומה האופטית בכל ענף באמצעות שני גלאים מאוזנים המחוברים למגבר נעילה. לבקרת ניסויים ואיסוף נתונים. חבר את קו ההשהיה הממונע ונעל את המגבר למחשב המתוכנת להזיז באופן איטרטיבי את קו ההשהיה הממונע.

השהה וקרא נתונים מהנעילה. המגבר המוצג כאן הוא דוגמאות לפולטים השמאליים והימניים הקונבנציונליים שיוצרו ונבדקו. ההבדל הוא שהפולט הפלזמוני משלב שני דרגות מגע פלזמוניות בקנה מידה ננומטרי ביציאת הכניסה של אנטנת עניבת הפרפר כפי שמוצג בכניסה מימין לאירוע.

המשאבה האופטית הייתה ממוקדת היטב בכל מכשיר מפוברק והוצבה ליד אלקטרודת מגע האנודה כדי למקסם את עוצמת הקרינה. כיוון השדה החשמלי האופטי עבור כל מכשיר נבחר גם הוא כדי למקסם את ההספק המוקרן. מוצג בכחול עוצמת הקרינה הנמדדת של טה הרץ מפולט הטרה-הרץ הפלזמוני כפונקציה של כוח המשאבה האופטית.

העקומה האדומה מיועדת לתו הפולט הקונבנציונלי, הציר האנכי הוא לוגריתמי. הכניסה משתמשת באותה ערכת צבעים כדי להציג את זרם הצילום כפונקציה של כוח המשאבה האופטית. השיפור המשמעותי בעוצמת הקרינה נובע מרמות זרם הצילום הגבוהות יותר הנוצרות בעת שימוש באלקטרודות מגע פלזמוניות.

כאן, עוצמת הקרינה הנמדדת של טרה-הרץ משורטטת מול זרם הצילום שנאסף עבור מתחי הטיה שונים ועוצמות משאבה אופטיות. שוב, כחול מתאים לפולט הפלזמוני האדום לפולט הקונבנציונאלי. נקודות הנתונים כולן עקומות המותאמות לאותו קו עם שיפוע של שתיים.

זה מאשר את התלות הריבועית של עוצמת הקרינה בזרם הצילום המושרה ואת העובדה שכל תנאי הפעולה ותכונות האנטנה זהים עבור שני הפולטים. שיפור הספק ה-ertz המוגדר כיחס בין הספק ה-ertz הנפלט על ידי פולט ה-ertz הפלזמוני לפולט ה-ertz הקונבנציונאלי מוצג כאן כפונקציה של מתח ההטיה עבור רמות הספק שונות של משאבה אופטית ברמות הספק נמוכות של משאבה אופטית ומתח הטיה של 30 וולט נצפים גורמי שיפור הספק מוצא עד 50. מקדם השיפור יורד מעט ברמות הספק גבוהות יותר של משאבה אופטית ובמתחים גבוהים יותר.

ניתן להסביר זאת על ידי אפקט סינון הנשא, שאמור להשפיע יותר על מוליך הצילום הפלזמוני מכיוון שהוא מייצר יותר זרם צילום ומפריד מספר גדול יותר של זוגות חורי אלקטרונים. תרשים זה מציג את הכוח המוקרן בתחום הזמן מהפולט המוליך פוטו פלזמוני. הוא נמדד בתגובה לפולס אופטי של 200 פמטו-שניות מלייזר ספיר טיטניום נעול במצב עם אורך גל מרכזי של 800 ננומטר וקצב חזרה של 76 מגה-הרץ.

ההספק המוקרן בתחום התדרים מראה שיאים סביב 0.35 ertz ו-0.55 ertz הקשורים לשיאי התהודה של אנטנת עניבת הפרפר. השיא סביב 0.1 טרה-הרץ קשור לשיא התהודה של אנטנת הדיפול שנוצר על ידי קווי ההטיה של אנטנת עניבת הפרפר. בסרטון זה, אנו מציגים טכניקת יצירת rah Hz מוליכת צילום חדשה המשתמשת בתצורת אלקטרודות מגע פלזמונית כדי לשפר את יעילות ההמרה האופטית ל-rah הרץ בשני סדרי גודל.

הגידול המשמעותי בעוצמת הקרינה של rah Hz מהפולט המוליך פוטו פלזמוני המוצג הוא בעל ערך רב עבור מערכות ספקטרוסקופיה וספקטרומטריה עתידיות של הדמיית טרה-הרץ ברגישות גבוהה לזיהוי כימי מתקדם, הדמיה רפואית, אסטרונומיה של חישה ביולוגית, סינון אבטחה ואפיון חומרים.