Name: Projektowanie, wytwarzanie i eksperymentalna charakterystyka plazmonicznych fotoprzewodzących emiterów terahercowych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-07-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 54 s
Description: Poznaj metodę generowania promieniowania terahercowego z wykorzystaniem plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących. Technika ta zwiększa moc promieniowania o dwa rzędy wielkości w porównaniu do konwencjonalnych rozwiązań.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować Picometrix za dostarczenie substratu LT-GaAs i wyrazić wdzięczność za wsparcie finansowe od Michigan Space Grant Consortium, DARPA Young Faculty Award zarządzanej przez Dr. Johna Albrechta (kontrakt # N66001-10-1-4027), NSF CAREER Award zarządzanej przez Dr. Samira El-Ghazaly'ego (umowa # N00014-11-1-0096), ONR Young Investigator Award zarządzanej przez Dr. Paula Maki (kontrakt # N00014-12-1-0947) oraz ARO Young Investigator Award zarządzanej przez Dr. Dev Palmera (umowa # W911NF-12-1-0253).

1. Wytwarzanie plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących
<ol>
 <li>Wytwarzaj siatki plazmoniczne.
 <ol>
 <li>Wyczyść płytkę półprzewodnikową, zanurzając ją w acetonie (2 min), a następnie w izopropanolu (2 min) i spłukując wodą dejonizowaną (10 sekund).</li>
 <li>Osuszyć próbkę azotem i podgrzewać ją na płycie grzejnej w temperaturze 115 °C przez 90 sekund, aby usunąć pozostałą wodę.</li>
 <li>Wirować MicroChem 950K PMMA A4 na próbce z prędkością 4 000 obr./min przez 45 sekund. Wstępnie piec rezystor na płycie grzejnej w temperaturze 180 °C przez 3 minuty.</li>
 <li>Załaduj próbkę do narzędzia do litografii wiązką elektronów (JEOL JBX-6300-FS). Wystawić wzór siatki plazmonicznej przy dawce podstawowej około 650 μC/cm2, używając napięcia przyspieszenia 100 kV.</li>
 <li>Wytworzyć PMMA, zanurzając próbkę w mieszaninie MIBK:IPA 1:3 na 90 sekund. Natychmiast przenieść próbkę do roztworu czystego izopropanolu na 60 sekund.</li>
 <li>Przepłukać próbkę wodą dejonizowaną przez 10 sekund, a następnie osuszyć próbkę azotem.</li>
 <li>Załadować próbkę do urządzenia do zmniejszania izolacji plazmowej (TAK-CV200RFS). Próbka jest analizowana przy użyciu mocy 30 W RF w temperaturze 30 °C i natężeniu przepływu 100 sccm O2 przez 10 sekund.</li>
 <li>Usunąć tlenek powierzchniowy, zanurzając go w mieszaninie HCl:H20 3:10 na 30 sek. Natychmiast przenieść próbkę do kaskadowego płukania wodą dejonizowaną na 4 min.</li>
 <li>Przenieś próbkę do zlewki z wodą dejonizowaną, aby zminimalizować narażenie na tlen atmosferyczny przed osadzaniem metalu.</li>
 <li>Pobrać zlewkę zawierającą próbkę w wodzie dejonizowanej do metalowego parownika (Denton SJ-20). Odwietrzyć komorę, a następnie wyjąć, wysuszyć i załadować próbkę do komory (czynności te należy wykonywać bez przerwy, aby zapobiec tworzeniu się tlenków powierzchniowych na próbce).</li>
 <li>Przepompuj komorę do ciśnienia poniżej 2x10-6 Torr. Kaucja Ti/Au (50/450 A).</li>
 <li>Odpowietrzyć komorę i usunąć próbkę.</li>
 <li>W celu usunięcia osadzonego metalu należy umieścić próbkę na uchwycie teflonowym w zlewce z acetonem, przykryć i pozostawić na noc. Odkryj zlewkę, umieść ją w mieszadle ultradźwiękowym i poczekaj, aż cały niechciany metal zostanie usunięty (zwykle 30 sekund).</li>
 </ol>
 </li>
 <li>Pasywacja złoża SiO2.

<ol>
 <li>Oczyść próbkę jak w krokach 1.1.1 - 1.1.2.</li>
 <li>Załadować próbkę do plazmowego narzędzia do chemicznego osadzania z fazy gazowej (GSI PECVD). Depozyt 1500 A SiO2 w temperaturze 200 °C.</li>
 </ol>
 </li>
 <li>Otwórz przelotki kontaktowe przez SiO2.

<ol>
 <li>Oczyść próbkę jak w krokach 1.1.1 - 1.1.2.</li>
 <li>Wiruj na HMDS z prędkością 4 000 obr./min przez 30 sekund. Wiruj na fotorezyście Megaposit SPR 220-3.0 z prędkością 4 000 obr./min przez 30 sekund. Wstępnie przygotuj rezystor na płycie grzejnej w temperaturze 115 °C przez 90 sekund.</li>
 <li>Załaduj próbkę i płytkę maskującą do steppera litografii projekcyjnej (GCA AutoStep 200). Wyrównaj próbkę i odsłoń.</li>
 <li>Naświetlony fotorezystor upiecz na płycie grzejnej w temperaturze 115 °C przez 90 sekund.</li>
 <li>Rozwijaj odporność w wywoływaczu AZ 300 MIF przez 60 sek.</li>
 <li>Natychmiast przenieść próbkę do kaskadowego płukania wodą dejonizowaną przez 4 minuty. Wysuszyć próbkę azotem.</li>
 <li>Załadować próbkę do wytrawiacza jonów reaktywnych (LAM 9400). Wytrawianie SiO2 za pomocą TCP RF o mocy 500 W, mocy Bias RF 100 W, 15 sccm SF6-, 50 sccm C4F8, 50 sccm He, 50 sccm Ar przez 80 sekund.</li>
 <li>Usunąć większość fotorezystu, umieszczając próbkę w acetonie (5 min), a następnie w izopropanolu (2 min). Spłucz w wodzie dejonizowanej (10 sekund). Suszyć azotem.</li>
 <li>Usunąć resztki fotorezystu, ładując próbkę do urządzenia do strippingu plazmowego (YES-CV200RFS). Usuń fotorezystor za pomocą mocy RF 800 W w temperaturze 30 °C z natężeniem przepływu 100 sccm O2 przez 5 minut.</li>
 </ol>
 </li>
 <li>Produkcja anten i linii polaryzacyjnych.
 <ol>
 <li>Powtórz kroki 1.3.1 - 1.3.6, aby utworzyć wzór anten i linii polaryzacji.</li>
 <li>Powtórz kroki 1.1.8 - 1.1.9, aby usunąć tlenek z powierzchni.</li>
 <li>Przenieść zlewkę zawierającą próbkę i wodę dejonizowaną do metalowego parownika (Denton SJ-20).</li>
 <li>Przewietrz komorę, a następnie szybko wyjmij, wysusz i załaduj próbkę do komory.</li>
 <li>Przepompuj komorę do ciśnienia poniżej 2x10-6 Torr. Kaucja Ti/Au (10/4,000 A).</li>
 <li>Odpowietrzyć komorę i usunąć próbkę.</li>
 <li>Powtórz krok 1.1.13, aby podnieść osadzony metal.</li>
 </ol>
 </li>
 <li>Spakuj próbkę.
 <ol>
 <li>Przyklej krawędzie hiperpółkulistej soczewki silikonowej o średnicy 12 mm do 2-calowej aluminiowej podkładki z otworem 8 mm.</li>
 <li>Przyklej płytkę PCB z metalowymi ścieżkami, do których można łatwo, do aluminiowej podkładki.</li>
 <li>Zamontuj sfabrykowane prototypy plazmonicznego fotoprzewodzącego emitera terahercowego na soczewce krzemowej za pomocą cienkiej żywicy epoksydowej.</li>
 <li>Podłącz drutem podkładki stykowe urządzenia do płytki PCB przyklejonej na tej samej aluminiowej podkładce.</li>
 <li>przewody do metalowych ścieżek na płytce PCB.</li>
 <li>Podłącz pola stykowe urządzenia do analizatora parametrycznego (Hewlett Packard 4155A) za pomocą przewodów przylutowanych do odpowiednich pól stykowych płytki PCB w celu przetestowania.</li>
 </ol>
 </li>
</ol>

2. Charakterystyka plazmonicznego emitera fotoprzewodzącego

<ol>
 <li>Wyrównanie urządzenia.
 <ol>
 <li>Umieść aluminiową podkładkę przenoszącą prototypy plazmonicznego fotoprzewodzącego emitera terahercowego na uchwycie obrotowym i mocno skup pompę optyczną z lasera Ti:Sapphire z synchronizacją trybu (MIRA 900D V10 XW OPT 110V) na obszarze aktywnym każdego urządzenia.</li>
 <li>Wyreguluj mocowanie obrotowe tak, aby pole elektryczne pompy optycznej było zorientowane na efektywne wzbudzenie powierzchniowych fal plazmonowych (normalnych do siatek plazmonicznych).</li>
 <li>Użyj analizatora parametrycznego, aby jednocześnie przyłożyć napięcia polaryzacji do każdego urządzenia i zmierzyć indukowany prąd elektryczny w każdym urządzeniu. Potwierdź optymalne ustawienie pompy optycznej i regulację polaryzacji, maksymalizując fotoprąd każdego testowanego urządzenia.</li>
 </ol>
 </li>
 <li>Pomiar mocy wyjściowej.
 <ol>
 <li>Użyj rozdrabniacza optycznego (Thorlabs MC2000), aby modulować pompę optyczną na podstawie incydentu laserowego pompy z blokadą trybu na każdym urządzeniu.</li>
 <li>Zmierz moc wyjściową prototypów plazmonicznego fotoprzewodzącego emitera terahercowego za pomocą detektora piroelektrycznego (Spectrum Detector, Inc. SPI-A-65 THz).</li>
 <li>Podłącz wyjście detektora piroelektrycznego do wzmacniacza typu lock-in (Stanford Research Systems SR830) o częstotliwości odniesienia separatora optycznego, aby odzyskać dane o mocy terahercowej przy niskim poziomie szumów.</li>
 </ol>
 </li>
 <li>Charakterystyka spektralna promieniowania.
 <ol>
 <li>Zacznij od lasera Ti:Sapphire z blokadą trybu i użyj rozdzielacza wiązki, aby podzielić moc wyjściową lasera z blokadą trybu na wiązkę pompy i wiązkę sondy.</li>
 <li>Użyj modulatora elektrooptycznego (Thorlabs EO-AM-NR-C2), aby modulować wiązkę optyczną w ścieżce pompy. Skoncentruj wiązkę pompy na obszarze aktywnym badanego emitera fotoprzewodzącego, aby wytworzyć promieniowanie terahercowe.</li>
 <li>Skolimuj wygenerowaną wiązkę terahercową za pomocą pierwszej sferycznej soczewki z polietylenu. Skoncentruj skolimowaną wiązkę terahercową za pomocą drugiej sferycznej soczewki z polietylenu.</li>
 <li>Przed skupieniem wiązki terahercowej połącz skolimowaną wiązkę terahercową z wiązką optyczną sondy za pomocą filtra szklanego z powłoką ITO.</li>
 <li>Umieść kryształ ZnTe o grubości 1 mm i <110> zamontowany na stoliku obrotowym w połączonym ognisku wiązki optycznej i terahercowej.</li>
 <li>Wstaw kontrolowaną linię opóźnienia optycznego do ścieżki sondy optycznej za pomocą zmotoryzowanego stolika liniowego (Thorlabs NRT100), aby zmienić opóźnienie czasowe między impulsami optycznymi i terahercowymi oddziałującymi wewnątrz kryształu ZnTe.</li>
 <li>Używając płytki półfalowej w ścieżce sondy, obróć polaryzację sondy optycznej tak, aby była pod kątem 45° w stosunku do kierunku polaryzacji terahercowej.</li>
 <li>Użyj płytki ćwierćfalowej za kryształem ZnTe, zamień polaryzację wiązki optycznej na polaryzację kołową.</li>
 <li>Podziel spolaryzowaną kołowo wiązkę optyczną na dwie gałęzie za pomocą pryzmatu Wollastona. Zmierz moc wiązki optycznej w każdej gałęzi za pomocą dwóch zbalansowanych detektorów podłączonych do wzmacniacza typu lock-in.</li>
 <li>Podłącz zmotoryzowaną linię opóźniającą i wzmacniacz blokujący do komputera. Napisz skrypt Matlab, aby iteracyjnie przesunąć pozycję zmotoryzowanej linii opóźniającej, zatrzymać i odczytać wielkość sygnału ze wzmacniacza blokującego.</li>
 <li>Przekształć pozycję stolika na dziedzinę czasu, dzieląc całkowitą długość opóźnienia optycznego przez prędkość światła, a następnie dyskretną transformację Fouriera (przy użyciu Matlaba), aby uzyskać dane w dziedzinie częstotliwości.</li>
 </ol>
 </li>
</ol>

<ol><li>Preu, S., Dohler, G. H., Malzer, S., Wang, L. J., Gossard, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable%2C+continuous-wave+terahertz+photomixer+sources+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Tunable, continuous-wave terahertz photomixer sources and applications.</a> J. Appl. Phys. 109, 061301(2011).</li>
<li>Bjarnason, J. E., Chan, T. L. J., Lee, A. W. M., Brown, E. R., Driscoll, D. C., Hanson, M., Gossard, A. C., Muller, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ErAs%3AGaAs+photomixer+with+two-decade+tunability+and+12+%CE%BCW+peak+output+power%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">ErAs:GaAs photomixer with two-decade tunability and 12 μW peak output power.</a> Appl. Phys. Lett. 85, 3983-3985 (2004).</li>
<li>Peytavit, E., Lepilliet, S., Hindle, F., Coinon, C., Akalin, T., Ducournau, G., Mouret, G., Lampin, J. -F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Milliwatt-level+output+power+in+the+sub-terahertz+range+generated+by+photomixing+in+a+GaAs+photoconductor%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Milliwatt-level output power in the sub-terahertz range generated by photomixing in a GaAs photoconductor.</a> Appl. Phys. Lett. 99, 223508(2011).</li>
<li>Upadhya, P. C., Fan, W., Burnett, A., Cunningham, J., Davies, A. G., Linfield, E. H., Lloyd-Hughes, J., Castro-Camus, E., Johnston, M. B., Beere, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitation-density-dependent+generation+of+broadband+terahertz+radiation+in+an+asymmetrically+excited+photoconductive+antenna%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Excitation-density-dependent generation of broadband terahertz radiation in an asymmetrically excited photoconductive antenna.</a> Opt. Lett. 32, 2297-2299 (2007).</li>
<li>Roehle, H., Dietz, R. J. B., Hensel, H. J., Böttcher, J., Künzel, H., Stanze, D., Schell, M., Sartorius, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Next+generation+1.5+%CE%BCm+terahertz+antennas%3A+mesa-structuring+of+InGaAs%2FInAlAs+photoconductive+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Next generation 1.5 μm terahertz antennas: mesa-structuring of InGaAs/InAlAs photoconductive layers.</a> Opt. Express. 18, 2296-2301 (2010).</li>
<li>Taylor, Z. D., Brown, E. R., Bjarnason, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant-optical-cavity+photoconductive+switch+with+0.5+%25+conversion+efficiency+and+1.0W+peak+power%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Resonant-optical-cavity photoconductive switch with 0.5 % conversion efficiency and 1.0W peak power.</a> Opt. Lett. 31, 1729-1731 (2006).</li>
<li>Park, S. -G., Jin, K. H., Yi, M., Ye, J. C., Ahn, J., Jeong, K. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+Terahertz+Pulse+Emission+by+Optical+Nanoantenna%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+NANO%22%5BJournal%5D)">Enhancement of Terahertz Pulse Emission by Optical Nanoantenna.</a> ACS NANO. 6, 2026-2031 (2012).</li>
<li>Auston, D. H., Cheung, K. P., Smith, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Picosecond+photocoducting+Hertzian+dipoles%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Picosecond photocoducting Hertzian dipoles.</a> Appl. Phys. Lett. 45, 284-286 (1984).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+generation+using+plasmonic+photoconductive+gratings%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics+Focus+Issue+on+Terahertz+Plasmonics%22%5BJournal%5D)">Terahertz generation using plasmonic photoconductive gratings.</a> New Journal of Physics Focus Issue on Terahertz Plasmonics. 14, 105029(2012).</li>
<li>Berry, C. W., Hashemi, M. R., Unlu, M., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significant+Radiation+Enhancement+in+Photoconductive+Terahertz+Emitters+by+Incorporating+Plasmonic+Contact+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22arXiv%22%5BJournal%5D)">Significant Radiation Enhancement in Photoconductive Terahertz Emitters by Incorporating Plasmonic Contact Electrodes.</a> arXiv. , 1209.1680v1(2012).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrafast+Photoconductors+based+on+Plasmonic+Gratings%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Int.+Conf.+Infrared%2C+Millimeter%2C+and+Terahertz+Waves%22%5BJournal%5D)">Ultrafast Photoconductors based on Plasmonic Gratings.</a> Proc. Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. , 1-2 (2011).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonically-enhanced+localization+of+light+into+photoconductive+antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Conf.+Lasers+and+Electro-Optics%22%5BJournal%5D)">Plasmonically-enhanced localization of light into photoconductive antennas.</a> Proc. Conf. Lasers and Electro-Optics. , CFI2(2010).</li>
<li>Berry, C. W., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+of+impedance+matching+in+photoconductive+antennas%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Infrared%2C+Millimeter+and+Terahertz%22%5BJournal%5D)">Principles of impedance matching in photoconductive antennas.</a> Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz. , (2012).</li>
<li>Ralph, S. E., Grischkowsky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trap-enhanced+electric+fields+in+semi-insulators%3A+The+role+of+electrical+and+optical+carrier+injection%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Trap-enhanced electric fields in semi-insulators: The role of electrical and optical carrier injection.</a> Appl. Phys. Lett. 59, 1972(1991).</li>
<li>Upadhya, P. C., Fan, W., Burnett, A., Cunningham, J., Davies, A. G., Linfield, E. H., Lloyd-Hughes, J., Castro-Camus, E., Johnston, M. B., Beere, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excitation-density-dependent+generation+of+broadband+terahertz+radiation+in+an+asymmetrically+excited+photoconductive+antenna%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Excitation-density-dependent generation of broadband terahertz radiation in an asymmetrically excited photoconductive antenna.</a> Opt. Lett. 32, 2297-2299 (2007).</li>
<li>Taylor, Z. D., Brown, E. R., Bjarnason, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resonant-optical-cavity+photoconductive+switch+with+0.5+%25+conversion+efficiency+and+1.0W+peak+power%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Resonant-optical-cavity photoconductive switch with 0.5 % conversion efficiency and 1.0W peak power.</a> Opt. Lett. 31, 1729-1731 (2006).</li>
<li>Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+radiation-band+engineering+through+spatial+beam-shaping%5BTitle%5D)+AND+%22Photonic+Technology+Letters%22%5BJournal%5D)">Terahertz radiation-band engineering through spatial beam-shaping.</a> Photonic Technology Letters. 21, 2019620(2009).</li>
<li>Jarrahi, M., Lee, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+power+tunable+terahertz+generation+based+on+photoconductive+antenna+arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+IEEE+International+Microwave+Symposium%22%5BJournal%5D)">High power tunable terahertz generation based on photoconductive antenna arrays.</a> Proc. IEEE International Microwave Symposium. , 391-394 (2008).</li>
<li>Beck, M., Schafer, H., Klatt, G., Demsar, J., Winnerl, S., Helm, M., Dekorsy, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impulsive+terahertz+radiation+with+high+electric+fields+from+an+amplifier-driven+large-area+photoconductive+antenna%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Impulsive terahertz radiation with high electric fields from an amplifier-driven large-area photoconductive antenna.</a> Opt. Express. 18, 9251-9257 (2010).</li>
<li>Hattori, T., Egawa, K., Ookuma, S. I., Itatani, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intense+terahertz+pulses+from+large-aperture+antenna+with+interdigitated+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Intense terahertz pulses from large-aperture antenna with interdigitated electrodes.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 45, L422-L424 (2006).</li>
<li>Kim, J. H., Polley, A., Ralph, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+photoconductive+terahertz+source+using+line+excitation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Efficient photoconductive terahertz source using line excitation.</a> Opt. Lett. 30, 2490-2492 (2005).</li>
<li>Dreyhaupt, A., Winnerl, S., Dekorsy, T., Helm, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-intensity+terahertz+radiation+from+a+microstructured+large-area+photoconductor%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-intensity terahertz radiation from a microstructured large-area photoconductor.</a> Appl. Phys. Lett. 86, 121114(2005).</li>
<li>Brown, E. R., Lee, A. W. M., Navi, B. S., Bjarnason, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+planar+self-complementary+square-spiral+antenna+in+the+THz+region%5BTitle%5D)+AND+%22Microwave+Opt.+Technol.+Lett%22%5BJournal%5D)">Characterization of a planar self-complementary square-spiral antenna in the THz region.</a> Microwave Opt. Technol. Lett. 48, 524-529 (2006).</li>
<li>Huo, Y., Taylor, G. W., Bansal, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planar+log-periodic+antennas+on+extended+hemishperical+silicon+lenses+for+millimeter%2Fsubmillimeter+wave+detection+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Infrared+and+Millimeter+Waves%22%5BJournal%5D)">Planar log-periodic antennas on extended hemishperical silicon lenses for millimeter/submillimeter wave detection applications.</a> Int. J. Infrared and Millimeter Waves. 23, 819(2002).</li>
<li>Heshmat, B., Pahlevaninezhad, H., Pang, Y., Masnadi-Shirazi, M., Lewis, R. B., Tiedje, T., Gordon, R., Darcie, T. E. Nanoplasmonic Terahertz Photoconductive Switch on GaAs. Nano Lett. 12, 6255-6259 (2012).</li>
<li>Berry, C. W., Hashemi, M. R., Unlu, M., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Significant+Performance+Enhancement+in+Photoconductive+Terahertz+Optoelectronics+by+Incorporating+Plasmonic+Contact+Electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Significant Performance Enhancement in Photoconductive Terahertz Optoelectronics by Incorporating Plasmonic Contact Electrodes.</a> Nature Communications. 4, 1622(2013).</li>
<li>Wang, N., Berry, C. W., Hashemi, M. R., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+photoconductive+detectors+for+enhanced+terahertz+detection+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Plasmonic photoconductive detectors for enhanced terahertz detection sensitivity.</a> Optics Express. , In Press (2013).</li>
<li>Hsieh, B. -Y., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+periodic+metallic+nano-slits+for+efficient+interaction+of+terahertz+and+optical+waves+at+nano-scale+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Analysis of periodic metallic nano-slits for efficient interaction of terahertz and optical waves at nano-scale dimensions.</a> J. Appl. Phys. 109, 084326(2011).</li>
<li>Hsieh, B. -Y., Wang, N., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+Ultrafast+Pump-Probe+Measurements+at+the+Nanoscale.+Special+Issue+of+%22Optics+in+2011%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+%26+Photonics+News%22%5BJournal%5D)">Toward Ultrafast Pump-Probe Measurements at the Nanoscale. Special Issue of "Optics in 2011.</a> Optics & Photonics News. 22, (2011).</li>
<li>Hsieh, B. -Y., Jarrahi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+focusing+of+terahertz+and+optical+waves+into+nano-scale%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Int.+Conf.+Infrared%2C+Millimeter%2C+and+Terahertz+Waves%22%5BJournal%5D)">Simultaneous focusing of terahertz and optical waves into nano-scale.</a> Proc. Int. Conf. Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. , 1-2 (2011).</li>
<li>Jackson, A. W., Ibbetson, J. P., Gossard, A. C., Mishra, U. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+thermal+conductivity+in+low-temperature+grown+GaAs%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Reduced thermal conductivity in low-temperature grown GaAs.</a> Appl. Phys. Lett. 74, 2325-2327 (1999).</li>
</ol>

Nie stwierdzono konfliktu interesów.

W tym artykule wideo przedstawiamy nowatorską technikę fotoprzewodzącego generowania teraherców, która wykorzystuje konfigurację plazmonicznej elektrody kontaktowej w celu zwiększenia wydajności konwersji optycznej na teraherc o dwa rzędy wielkości. Znaczny wzrost mocy promieniowania terahercowego z prezentowanych plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących jest bardzo cenny dla przyszłych systemów obrazowania terahercowego, spektroskopii i spektrometrii o wysokiej czułości stosowanych do zaawansowanej identyfikacji chemic...

Prezentujemy nowatorski fotoprzewodzący emiter terahercowy, który wykorzystuje konfigurację plazmonicznej elektrody kontaktowej w celu zwiększenia wydajności konwersji optycznej na teraherc o dwa rzędy wielkości. Nasza technika rozwiązuje najważniejsze ograniczenia konwencjonalnych fotoprzewodzących emiterów terahercowych, a mianowicie niską moc wyjściową i słabą wydajność energetyczną, które wynikają z nieodłącznego kompromisu między wysoką wydajnością kwantową a ultraszybkim działaniem konwencjonalnych fotoprzewodników.
Jedną z kluczowych nowości w naszym projekcie, która doprowadziła do tej skokowej poprawy wydajności, jest zaprojektowanie konfiguracji elektrody kontaktowej, która gromadzi dużą liczbę nośników generowanych przez foto w bliskiej odległości od elektrod kontaktowych, tak aby mogły być zebrane w czasie poniżej pikosekundy. Innymi słowy, kompromis między ultraszybkim działaniem fotoprzewodników a wysoką wydajnością kwantową jest łagodzony przez manipulację przestrzenną nośników generowanych przez światło. Plazmoniczne elektrody kontaktowe oferują tę unikalną zdolność poprzez (1) umożliwienie uwięzienia światła w obszarach aktywnych urządzenia w nanoskali między elektrodami plazmonicznymi (poza granicą dyfrakcji), (2) niezwykłe wzmocnienie światła na styku metalu i światłochłonnym interfejsie półprzewodnikowym 10, 11. Kolejną ważną cechą naszego rozwiązania jest to, że mieści się ono w dużych obszarach aktywnych fotoprzewodników bez znacznego wzrostu obciążenia pasożytniczego anteny promieniującej terahercowo. Wykorzystanie dużych obszarów aktywnych światłoprzewodników umożliwia złagodzenie efektu ekranowania nośnego i przebicia termicznego, które są ostatecznymi ograniczeniami maksymalnej mocy promieniowania z konwencjonalnych emiterów fotoprzewodzących. Ten artykuł wideo koncentruje się na unikalnych atrybutach prezentowanego przez nas rozwiązania, opisując fizykę rządzącą, modelowanie numeryczne i weryfikację eksperymentalną. Eksperymentalnie wykazujemy 50-krotnie wyższe moce terahercowe z plazmonicznego emitera fotoprzewodzącego w porównaniu z podobnym emiterem fotoprzewodzącym z nieplazmonicznymi elektrodami kontaktowymi.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Odczynnik</td></tr><tr><td>Polymethyl methyl metakrylan (PMMA)</td><td>MicroChem</td><td>950K PMMA A4</td><td></td></tr><tr><td>heksametyldisilazan (HMDS)</td><td>Shin-Etsu MicroSI</td><td>MicroPrime HP Primer</td><td></td></tr><tr><td>Optical Photoresist</td><td></td><td>Megaposit SPR 220-3.0</td><td></td></tr><tr><td>Photoresist Developer</td><td>AZ Electronic Materials</td><td>AZ 300 MIF Deweloper</td><td></td></tr><tr><td>Metylo-Iso-Butyl Keytone (MIBK)</td><td>Avantor Performance Materials</td><td>9322-03</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>Ti:Szafirowy</td> laserowy <td>spójny</td> z blokadą trybu <td>MIRA 900D V10 XW OPT 110V</td><td></td></tr><tr><td>Pyr&#8211; Detektor elektryczny</td><td>Detektor widma</td><td>SPI-A-65 THz</td><td></td></tr><tr><td>Narzędzie do litografii wiązką elektronów</td><td>JEOL</td><td>JBX-6300-FS</td><td></td></tr><tr><td>Systemy inżynierii wydajności</td><td>ściągacza plazmowego</td><td>YES-CV200RFS</td><td></td></tr><tr><td>Parownik metalowy</td><td>Denton Vacuum</td><td>SJ-20</td><td></td></tr> Narzędzie do chemicznego <tr><td>osadzania z fazy gazowej wzmocnione plazmą </td><td>System</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>GSI GSI PECVDLitografia projekcyjna Stepper</td><td>GCA</td><td>AutoStep 200</td><td></td></tr><tr><td>Reaktywny wytrawiacz jonowy</td><td>LAM Research</td><td>9400</td><td></td></tr><tr><td>Analizator parametrów</td><td>Hewlett Packard</td><td>4155A</td><td></td></tr><tr><td>Optical Chopper</td><td>Thorlabs</td><td>MC2000</td><td></td></tr><tr><td>Lock-in Amplifier</td><td>Stanford Research Systems</td><td>SR830</td><td></td></tr><tr><td>Modulator elektrooptyczny</td><td>Thorlabs</td><td>EO-AM-NR-C2</td><td></td></tr><tr><td>Zmotoryzowany stolik liniowy</td><td>Thorlabs</td><td>NRT100</td><td></td></tr></tbody></table>

projektowanie, wytwarzanie i eksperymentalna charakterystyka plazmonicznych fotoprzewodzących emiterów terahercowych

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

W tym artykule wideo prezentujemy szczegółową demonstrację wysoce wydajnej metody generowania fal terahercowych. Nasza technika opiera się na fotoprzewodnictwie, które jest jedną z najczęściej stosowanych technik w terahercowej generacji 1-8. Generowanie teraherców w emiterze fotoprzewodzącym uzyskuje się poprzez pompowanie ultraszybkiego światłoprzewodnika za pomocą impulsowego lub heterodynowego oświetlenia laserowego. Indukowany prąd fotoelektryczny, który podąża za obwiednią lasera pompującego, jest kierowany do anteny promieniującej teraherc połączonej z elektrodami kontaktowymi fotoprzewodnika w celu wytworzenia promieniowania terahercowego. Chociaż sprawność kwantowa emitera fotoprzewodzącego może teoretycznie osiągnąć 100%, stosunkowo długie drogi transportu nośników generowanych przez foto do elektrod kontaktowych konwencjonalnych fotoprzewodników poważnie ograniczyły ich wydajność kwantową. Dodatkowo, efekt ekranowania nośnej i przebicie termiczne ściśle ograniczają maksymalną moc wyjściową konwencjonalnych fotoprzewodzących źródeł terahercowych. Aby rozwiązać problemy związane z ograniczeniami wydajności kwantowej konwencjonalnych fotoprzewodzących emiterów terahercowych, opracowaliśmy nową koncepcję emitera fotoprzewodzącego, która obejmuje konfigurację plazmonicznej elektrody kontaktowej, aby zapewnić wysoką wydajność kwantową i ultraszybką pracę jednocześnie. Stosując plazmoniczne elektrody kontaktowe w nanoskali, znacznie skracamy średnią ścieżkę transportu nośnika generowanego przez światło do elektrod kontaktowych fotoprzewodników w porównaniu z konwencjonalnymi fotoprzewodnikami 9. Nasza metoda pozwala również na zwiększenie powierzchni czynnej światłoprzewodnika bez znacznego wzrostu obciążenia pojemnościowego anteny, zwiększając maksymalną moc promieniowania terahercowego poprzez zapobieganie efektowi ekranowania nośnej i przebiciu termicznemu przy dużych mocach pomp optycznych. Poprzez włączenie plazmonicznych elektrod kontaktowych wykazujemy zwiększenie wydajności konwersji mocy optycznej na terahercową konwencjonalnego fotoprzewodzącego emitera terahercowego o współczynnik 50-10.

Aby zademonstrować potencjał elektrod plazmonicznych w zakresie zwiększania mocy terahercowej, wykonaliśmy dwa emitery terahercowe: konwencjonalny (Rysunek 1a) oraz plazmoniczny (Rysunek 1b) emiter fotoprzewodzący zawierający plazmoniczne elektrody kontaktowe w celu skrócenia czasu transportu nośników do elektrod kontaktowych. Obie konstrukcje składają się z ultraszybkiego fotoprzewodnika z przerwą 20 μm między kontaktami anody i katody, połączonego z anteną typu bowtie o długości 60 μm ...

Opisujemy metody projektowania, produkcji i eksperymentalnej charakterystyki plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących, które oferują o dwa rzędy wielkości wyższe poziomy mocy terahercowej w porównaniu do konwencjonalnych emiterów fotoprzewodzących.

Projektowanie, wytwarzanie i eksperymentalna charakterystyka plazmonicznych fotoprzewodzących emiterów terahercowych

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest zaprezentowanie wysoce wydajnej metody generowania promieniowania terahercowego. Zostaje to osiągnięte poprzez zastosowanie plazmonicznych elektrod kontaktowych w fotoprzewodzących emiterach terahercowych, co pozwala na jednoczesne uzyskanie wysokiej wydajności kwantowej i ultraszybkiego działania urządzenia. Pierwszym krokiem jest wykonanie prototypów plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących przy użyciu litografii wiązką elektronów.Następnie mierzy się moc promieniowania zaimplementowanych prototypów emiterów i porównuje ją z identycznymi, konwencjonalnymi emiterami fotoprzewodzącymi z antenami Hertza bez elektrod plazmonicznych. Ostatnim krokiem jest charakterystyka właściwości widmowych promieniowania z prototypów plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących z antenami Hertza. Ostatecznie uzyskano wyniki wykazujące, że zastosowanie elektrod plazmonicznych w emiterze fotoprzewodzącym może zwiększyć moc i wydajność promieniowania o dwa rzędy wielkości.Metoda ta może pomóc w rozwiązaniu głównego ograniczenia konwencjonalnych przewodzących emiterów THz, którym jest kompromis między wysoką wydajnością kwantową a ultraszybkim działaniem. Konwencjo

design-fabrication-experimental-characterization-plasmonic

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Projektowanie, produkcja i eksperymentalne charakteryzowanie plazmonowych fotoprzewodzących emiterów Teraherców

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Metamateriały w częstotliwościach terahercowych oferują unikalne możliwości, jednak ich wytwarzanie w skali masowej jest trudne. Adaptujemy procedurę wytwarzania mikrostrukturalnych polimerowych światłowodów, aby tanio produkować metamateriały potencjalnie na skalę przemysłową. Wytwarzamy włókna z polimetakrylanu metylu zawierające druty indu o średnicy ~10 μm oddalone od siebie o ~100 μm, które wykazują terahercową odpowiedź plazmonową.

Wytwarzanie metamateriałów przy użyciu metody wyciągania włókien

Niniejszym opisano procedurę implementacji czujnika współczynnika załamania światła dla częstotliwości terahercowych, opartego na geometrii falowodu z równoległymi płytkami z rowkami. Metoda ta pozwala na pomiar współczynnika załamania światła małej objętości cieczy poprzez monitorowanie przesunięcia częstotliwości rezonansowej struktury...

Mikrofluidyczne detekcje w zakresie terahercowym z wykorzystaniem czujnika z falowodem z równoległych płytek

Ten protokół opisuje symulację, wytwarzanie i charakterystykę absorberów metamateriałów THz. Takie absorbery, sprzężone z odpowiednim czujnikiem, mają zastosowanie w obrazowaniu i spektroskopii THz.

Symulacja, wytwarzanie i charakterystyka absorberów metamateriałowych THz

Srebrne nanodruty mogą jednocześnie transportować elektrony i informacje optyczne w postaci plazmonów powierzchniowych. Opisano tutaj procedurę realizacji takiego wspólnego obwodu i oceniane są ograniczenia w propagacji obu nośników informacji.

Ocena transportu plazmonicznego w przewodzących prąd nanodrutach srebra

Pokazano wytwarzanie siatek o wysokim kontraście jako elementu dyspersyjnego rozdzielającego równoległe spektrum w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym. Opisano procesy wytwarzania, w tym litografię nanoimprint, rozpylanie TiO2 i reaktywne trawienie jonowe. Wyniki pomiarów współczynnika odbicia służą do scharakteryzowania parametrów optycznych.

Wykonanie siatek o wysokim kontraście dla elementu dyspersyjnego rozdzielającego widmo w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym

Przedstawiono protokół koloidalnej syntezy nanokostek srebra i wytwarzania plazmonicznych nanoskalowych anten krosowych z przerwami poniżej 10 nm.

Synteza koloidalna anten nanopatchowych do zastosowań w plazmonice i nanofotonice

Przedstawiono protokół projektowania i produkcji nowatorskiego rezonatora z dzielonym pierścieniem (SRR) opartego na nanofilarach.

Wytwarzanie rezonatorów z dzielonym pierścieniem na bazie nanofilarów do rezonansów za pośrednictwem prądu przemieszczenia w metamateriałach terahercowych

Pokazujemy wytwarzanie okresowych matryc nanokubków złotych za pomocą technik litograficznych koloidalnych i omawiamy znaczenie warstw nanoplazmonowych.

Wytwarzanie okresowych matryc złotych nanokubków przy użyciu litografii koloidalnej

Ten protokół opisuje oprzyrządowanie do określania szybkości wzbudzenia i sprzężenia między emiterami światła a polarytonami plazmonów powierzchniowych podobnych do Blocha, powstających z układów okresowych.

Wyznaczanie współczynników wzbudzenia i sprzężenia między emiterami światła a polarytonami plazmonów powierzchniowych

Prezentowany tutaj jest protokół syntezy nanocząstek (NPs) ze stopu srebra i palladu (Ag-Pd) na bazie ZrO2 (Ag-Pd/ZrO2). System ten pozwala na pozyskiwanie energii z promieniowania światłem widzialnym w celu przyspieszenia i kontrolowania przemian molekularnych. Ilustruje to redukcja nitrobenzenu pod wpływem lekkiego napromieniowania katalizowanego przez Ag-Pd/ZrO2 NPs.

Otrzymywanie nanocząstek stopu srebra i palladu do katalizy plazmonicznej w świetle widzialnym

Poznaj metodę generowania promieniowania terahercowego z wykorzystaniem plazmonicznych emiterów fotoprzewodzących. Technika ta zwiększa moc promieniowania o dwa rzędy wielkości w porównaniu do konwencjonalnych rozwiązań.

Projektowanie, wytwarzanie i eksperymentalna charakterystyka plazmonicznych fotoprzewodzących emiterów terahercowych

Przeglądaj więcej filmów