Проектирование, изготовление, и экспериментальная характеристика Плазмонных Фотопроводящий излучателей терагерцового

Общая цель этой процедуры — продемонстрировать высокоэффективный метод генерации терагерцового излучения. Это достигается за счет включения плазмонных контактных электродов в фотопроводящие эртц-излучатели, что обеспечивает высокую квантовую эффективность и сверхбыструю работу устройства. Первым шагом является изготовление прототипов плазмонных фотопроводящих излучателей с использованием электронно-лучевой литографии.

Далее измеряется мощность излучения реализованных прототипов излучателей и сравнивается с идентичными обычными фотопроводящими излучателями эрц без плазмонных электродов. Заключительным этапом является характеристика спектральных свойств излучения от прототипов плазмонных фотопроводящих излучателей эрц. В конечном итоге были получены результаты, которые показывают, что встраивание плазмонных электродов в фотопроводящий излучатель может увеличить мощность и эффективность излучения на два порядка.

Этот метод может помочь устранить основное ограничение традиционных для проводящих ertz TERs, которое заключается в компромиссе между высокой квантовой эффективностью и сверхбыстрой работой обычных. Для дирижеров. Обычные фотопроводящие излучатели ertz состоят из антенны ertz, интегрированной со сверхбыстрым фотопроводником. Терагерц.

Электрические токи для этой антенны вырабатываются, когда луч оптической накачки с терагерцовыми частотными компонентами фокусируется на сверхбыстром фотопроводнике. Этот луч генерирует фотоносители со скоростью, пропорциональной огибающей оптической накачки. При приложении смещенного электрического поля носители фотографий дрейфуют к контактным электродам, питая антенну и генерируя эртц-излучение.

Основное преимущество плазмонных излучателей по сравнению с обычными фотопроводящими излучателями ertz заключается в том, что они позволяют накапливать гораздо большее количество фотогенерируемых носителей в непосредственной близости от плазмонных контактных электродов. Затем эти несущие могут дрейфовать к антенне ertz в пределах субпикосекундного масштаба. Плазмонные контактные электроды достигают такого большого накопления носителей, поскольку они позволяют удерживать свет в активных областях наноразмерных устройств и обеспечивают исключительное усиление света на границе контакта металла и фотопоглощающего полупроводника.

Для реализации сначала плазмонного фотопроводящего излучателя ужаса с герцом используются наноразмерные плазмонные контактные электроды с использованием электронно-лучевой литографии с последующим осаждением металла и отрывом. Затем нанесите слой диоксида кремния с помощью плазменного усиленного химического осаждения методом травления из газовой фазы через слой диоксида кремния с помощью оптической фотолитографии и сухого плазменного травления. Наконец, смоделируйте антенны и линии смещения с помощью оптической литографии с последующим осаждением металла и отрывом.

Кристофер Берри, аспирант из моей лаборатории, продемонстрирует процедуру определения характеристик ратера. После изготовления плазмонной сортировки она должна быть упакована и определена характеристика. Устройства установлены на силиконовую линзу, которая прикреплена к алюминиевой шайбе, а затем размещена на вращающемся креплении.

Плотно сфокусируйте луч оптической накачки от титанового сапфирового лазера, заблокированного в режиме на активную область устройства. Отрегулируйте опору вращения таким образом, чтобы электрическое поле оптического насоса было перпендикулярно плазмонным градациям для эффективного возбуждения поверхностных плазменных волн. Теперь с помощью параметрического анализатора можно одновременно подать напряжение смещения на устройство и измерить индуцированный электрический ток.

Обеспечьте оптимальное выравнивание и поляризацию насоса за счет максимального увеличения фототока устройства. Для измерения выходной мощности с помощью оптического прерывателя модулируется луч от синхронизированной накачки лазера, падающего на устройство. Подключите выход пироэлектрического детектора к синхронному усилителю.

Используя опорную частоту оптического прерывателя, использовать пироэлектрический детектор для измерения выходной мощности прототипа плазмонного терагерцового излучателя. Начните определение спектральных характеристик, взяв луч от титанового сапфирового лазера с синхронизацией мод и используя светоделитель для разделения его на пучок накачки, а зондовый луч модулирует луч на пути накачки с помощью электрооптического модулятора. Направьте луч насоса на активную область испытуемого излучателя.

Чтобы генерировать терагерцовое излучение, сфокусируйте сгенерированный луч ertz с помощью полиэтиленовой сферической линзы в точке перед фокальной плоскостью луча ertz, объедините его с оптическим зондирующим лучом с помощью стеклянного фильтра, покрытого оксидом индия-олова, установите кристалл теллурида цинка толщиной один миллиметр на вращающемся столике. Поместите его в объединенный фокус оптического и терагерцового пучка, чтобы изменить временную задержку между оптическим и терагерцовым импульсами, взаимодействующими в кристалле теллурида цинка. Вставьте управляемую линию оптической задержки в траекторию оптического пробника с помощью моторизованного линейного каскада.

Используйте полуволновую пластину на пути луча зонда, чтобы повернуть поляризацию оптического зонда под углом 45 градусов относительно направления поляризации эртц. Затем используйте четвертьволновую пластину после кристалла теллурида цинка, чтобы преобразовать поляризацию оптического луча в круговую. Затем разделите оптический луч с круговой поляризацией на две ветви с помощью призмы Wallin.

Измерьте мощность оптического луча в каждой ветви с помощью двух балансных детекторов, подключенных к синхронному усилителю. Для контроля эксперимента и сбора данных. Подключите моторизованную линию задержки и зафиксируйте усилитель с компьютером, запрограммированным на итеративное перемещение моторизованной линии задержки.

Приостановка и считывание данных из блокировки. Показанные здесь усилители являются примерами обычных левых и плазмонных правых излучателей, которые были изготовлены и испытаны. Разница заключается в том, что плазмонный излучатель включает в себя две наноразмерные плазмонные контактные градации во входном порту антенны-бабочки, как показано на врезке справа от падающего.

Оптический насос был плотно сфокусирован на каждом изготовленном устройстве и расположен рядом с контактным электродом анода для максимизации излучаемой мощности. Ориентация оптического электрического поля для каждого устройства также была выбрана для максимизации излучаемой мощности. Синим цветом показана измеренная мощность излучения te hertz от плазмонного терагерцового излучателя в зависимости от мощности оптического насоса.

Красная кривая обозначена для обычной ноты излучателя, вертикальная ось — логарифмическая. Врезка использует ту же цветовую схему для отображения фототока в зависимости от мощности оптической накачки. Значительное увеличение мощности излучения связано с более высокими уровнями фототока, генерируемого при использовании плазмонных контактных электродов.

Здесь измеренная мощность терагерцового излучения соотносится с собранным фототоком для различных напряжений смещения и мощности оптической накачки. Опять же, синий цвет соответствует плазмонному излучателю, красный — обычному излучателю. Все точки данных имеют кривую, подогнанную к одной и той же линии с углом в два градуса.

Это подтверждает квадратичную зависимость мощности излучения от наведенного фототока и тот факт, что все условия эксплуатации и свойства антенны одинаковы для двух излучателей. Здесь показано увеличение мощности ertz, определяемое как отношение мощности ertz, излучаемой плазмонным излучателем ertz, к обычному излучателю ertz, как функция напряжения смещения для различных уровней мощности оптической накачки при низких уровнях мощности оптической накачки и наблюдаемого напряжения смещения при коэффициентах усиления выходной мощности 30 вольт до 50. Коэффициент усиления немного уменьшается при более высоких уровнях мощности оптической накачки и более высоких напряжениях.

Это можно объяснить эффектом экранирования носителей, который должен больше влиять на плазмонный фотопроводник, так как он генерирует больше фототока и разделяет большее количество пар электронных дырок. На этом графике показана мощность, излучаемая во временной области от плазмонного фотопроводящего излучателя. Он был измерен в ответ на 200-фемтосекундный оптический импульс от титанового сапфирового лазера с синхронизацией мод с центральной длиной волны 800 нанометров и частотой повторения 76 мегагерц.

Излучаемая мощность в частотной области показывает пики около 0,35 эрц и 0,55 эрц, которые связаны с резонансными пиками антенны-бабочки. Пик около 0,1 терагерц связан с резонансным пиком дипольной антенны, образованным линиями смещения антенны-бабочки. В этом видео мы представляем новую технологию генерации фотопроводящих частот rah Гц, в которой используется конфигурация плазмонных контактных электродов для повышения эффективности оптического преобразования в rah Гц на два порядка.

Значительное увеличение мощности излучения rah Гц от представленного плазмонного фотопроводящего излучателя очень ценно для будущих высокочувствительных терагерцовых спектроскопии и спектрометрических систем для расширенной химической идентификации, медицинской визуализации, биологической сенсорной астрономии, досмотра безопасности и характеризации материалов.