Plasmonik Foto iletken Terahertz Vericiler Tasarımı, İmalatı ve Deneysel Karakterizasyonu

Bu prosedürün genel amacı, terahertz radyasyonu üretmek için oldukça verimli bir yöntem göstermektir. Bu, yüksek kuantum verimliliği ve aynı anda ultra hızlı cihaz çalışması sağlamak için fotoiletken ertz yayıcılara plazmonik temas elektrotlarının dahil edilmesiyle gerçekleştirilir. İlk adım, elektron ışını litografisi kullanarak plazmonik foto iletken yayıcı prototipleri üretmektir.

Daha sonra, uygulanan yayıcı prototiplerinin radyasyon gücü ölçülür ve plazmonik elektrotlar olmadan aynı geleneksel foto iletken ertz yayıcılarla karşılaştırılır. Son adım, plazmonik foto iletken ertz yayıcı prototiplerinden gelen radyasyonun spektral özelliklerini karakterize etmektir. Sonuç olarak, plazmonik elektrotların bir foto iletken yayıcıya dahil edilmesinin radyasyon gücünü ve verimliliğini iki büyüklük sırası ile artırabileceğini gösteren sonuçlar elde edilir.

Bu yöntem, yüksek kuantum verimliliği ile konvansiyonelin ultra hızlı çalışması arasındaki değiş tokuş olan iletken ertz TER'ler için konvansiyonelin ana sınırlamasının ele alınmasına yardımcı olabilir. İletkenler için. Konvansiyonel foto iletken ertz yayıcılar, ultra hızlı bir foto iletken ile entegre edilmiş bir ertz anteninden oluşur. Terahertz.

Terahertz frekans bileşenlerine sahip bir optik pompa ışını ultra hızlı foto iletkene odaklandığında bu anten için elektrik akımları üretilir. Bu ışın, optik pompanın zarfı ile orantılı bir oranda fotoğraf taşıyıcıları üretir. Bir önyargı elektrik alanının uygulanmasıyla, fotoğraf taşıyıcılar temas elektrotlarına doğru sürüklenir, anteni besler ve ertz radyasyonu üretir.

Plazmoniğin konvansiyonel foto iletken ertz yayıcılara göre ana avantajı, plazmonik temas elektrotlarının yakınında çok daha fazla sayıda foto üretilen taşıyıcının birikmesine izin vermeleridir. Bu taşıyıcılar daha sonra bir alt pikosaniye zaman ölçeği içinde ertz antenine sürüklenebilir. Plazmonik kontakt elektrotlar, bu daha büyük taşıyıcı birikimini elde eder, çünkü nano ölçekli cihaz aktif bölgelerinde ışığın hapsedilmesine izin verirler ve metal temas ve foto emici yarı iletken arayüzde olağanüstü ışık artışı sunarlar.

Bir plazmonik foto iletken terör herz yayıcı ilk modelini uygulamak için, elektron ışını litografisi kullanan nano ölçekli plazmonik temas elektrotları ve ardından metal biriktirme ve kaldırma. Daha sonra, optik fotolitografi ve kuru plazma aşındırma kullanarak silikon dioksit tabakası boyunca plazma ile geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme aşındırma teması kullanarak bir silikon dioksit asyon tabakası biriktirin. Son olarak, optik litografi kullanarak antenleri ve önyargı çizgilerini modelleyin, ardından metal biriktirme ve kaldırma işlemi yapın.

Laboratuvarımdan bir yüksek lisans öğrencisi olan Christopher Berry, rahter karakterizasyon prosedürünü gösterecek. Plazmonik derecelendirme üretildikten sonra paketlenmeli ve karakterize edilmelidir. Cihazlar, bir alüminyum rondelaya takılan ve daha sonra bir döndürme yuvasına yerleştirilen bir silikon mercek üzerine monte edilir.

Titanyum safir modu kilitli lazerden gelen optik pompa ışınını cihazın aktif alanına sıkıca odaklayın. Yüzey plazma dalgalarının verimli bir şekilde uyarılması için optik pompanın elektrik alanı plazmonik derecelendirmelere dik olacak şekilde dönme yuvasını ayarlayın. Şimdi, cihaza aynı anda bir öngerilim voltajı uygulamak ve indüklenen elektrik akımını ölçmek için parametrik analizörü kullanın.

Cihazın fotoğraf akımını en üst düzeye çıkararak optimum pompa hizalamasını ve polarizasyonunu sağlayın. Çıkış gücünü ölçmek için, cihazdaki mod kilitli pompa lazer olayından gelen ışını modüle etmek için bir optik kıyıcı kullanın. Bir piroelektrik dedektörün çıkışını kilitli bir amplifikatöre bağlayın.

Optik kıyıcının referans frekansını kullanarak, plazmonik terahertz yayıcı prototipinin çıkış gücünü ölçmek için piroelektrik dedektörü kullanın. Işını titanyum safir modlu kilitli bir lazerden alarak ve onu bir pompa ışınına bölmek için bir ışın ayırıcı kullanarak spektral karakterizasyona başlayın ve bir prob ışını, pompa yolundaki ışını bir elektro optik modülatör ile modüle edin. Pompa ışınını test edilen emitörün aktif alanına odaklayın.

Terahertz radyasyonu oluşturmak için, üretilen ertz ışınını, ertz ışınının odak düzleminden önceki bir noktada polietilen küresel bir mercek kullanarak odaklayın, bunu bir indiyum kalay oksit kaplı cam filtre kullanarak optik prob ışını ile birleştirin, bir milimetre kalınlığında çinko tellür kristali monte edin bir dönme aşamasına. Çinko Telluride kristalinde etkileşime giren optik ve terahertz darbeleri arasındaki zaman gecikmesini değiştirmek için bunu optik ve terahertz ışınının birleşik odağına yerleştirin. Motorlu bir doğrusal aşama kullanarak optik prob yoluna kontrol edilebilir bir optik gecikme hattı yerleştirin.

Optik probun polarizasyonunu ertz polarizasyon yönüne göre 45 derece olacak şekilde döndürmek için prob ışın yolunda bir yarım dalga plakası kullanın. Ardından, optik ışın polarizasyonunu dairesel polarizasyona dönüştürmek için çinko tellür kristalinden sonra çeyrek dalga plakası kullanın. Daha sonra dairesel polarize optik ışını bir duvar prizması ile iki dala bölün.

Kilitli bir amplifikatöre bağlı iki dengeli dedektör kullanarak her daldaki optik ışın gücünü ölçün. Deney kontrolü ve veri toplama için. Motorlu gecikme hattını bağlayın ve amplifikatörü motorlu gecikme hattını yinelemeli olarak hareket ettirmek için programlanmış bilgisayara kilitleyin.

Kilitlemeden verileri duraklatın ve okuyun. Burada gösterilen amplifikatör, imal edilmiş ve test edilmiş geleneksel sol ve plazmonik sağ yayıcıların örnekleridir. Aradaki fark, plazmonik yayıcının, olayın sağında iç kısımda gösterildiği gibi, papyon anteninin giriş portunda iki nano ölçekli plazmonik temas derecelendirmesi içermesidir.

Optik pompa, üretilen her bir cihaza sıkıca odaklandı ve yayılan gücü en üst düzeye çıkarmak için anot temas elektrodunun yanına yerleştirildi. Her cihaz için optik elektrik alanının yönü de yayılan gücü en üst düzeye çıkarmak için seçildi. Mavi ile gösterilen, optik pompa gücünün bir fonksiyonu olarak plazmonik terahertz yayıcıdan ölçülen te hertz radyasyon gücüdür.

Kırmızı eğri, geleneksel emitör notu içindir, dikey eksen logaritmiktir. İç kısım, optik pompa gücünün bir fonksiyonu olarak fotoğraf akımını göstermek için aynı renk şemasını kullanır. Önemli radyasyon gücü artışı, plazmonik temas elektrotları kullanılırken üretilen daha yüksek foto akım seviyelerinden kaynaklanmaktadır.

Burada, ölçülen terahertz radyasyon gücü, çeşitli önyargı voltajları ve optik pompa güçleri için toplanan foto akıma karşı çizilir. Yine mavi, plazmonik yayıcıya, geleneksel yayıcıya kırmızı karşılık gelir. Veri noktalarının tümü, iki eğimle aynı çizgiye uydurulmuş eğridir.

Bu, radyasyon gücünün indüklenen foto akımına ikinci dereceden bağımlılığını ve tüm operasyonel koşulların ve anten özelliklerinin iki yayıcı için aynı olduğu gerçeğini doğrular. Plazmonik ertz emitör tarafından yayılan ertz gücünün geleneksel ertz emitöre oranı olarak tanımlanan ertz güç artışı, burada düşük optik pompa güç seviyelerinde farklı optik pompa güç seviyeleri için öngerilim voltajının bir fonksiyonu olarak gösterilmiştir ve 30 voltluk bir öngerilim gerilimi, 50'ye kadar çıkış gücü geliştirme faktörleri gözlenir. Geliştirme faktörü, daha yüksek optik pompa güç seviyelerinde ve daha yüksek voltajlarda biraz azalır.

Bu, daha fazla foto akımı ürettiği ve daha fazla sayıda elektron deliği çiftini ayırdığı için plazmonik foto iletkeni daha fazla etkilemesi gereken taşıyıcı tarama etkisi ile açıklanabilir. Bu grafik, plazmonik foto iletken yayıcıdan zaman alanında yayılan gücü gösterir. 800 nanometre merkezi dalga boyuna ve 76 megahertz tekrarlama oranına sahip mod kilitli titanyum safir lazerden gelen 200 femtosaniyelik bir optik darbeye yanıt olarak ölçüldü.

Frekans alanındaki yayılan güç, papyon anteninin rezonans tepe noktaları ile ilişkili 0.35 ertz ve 0.55 ertz civarında tepe noktaları gösterir. 0.1 terahertz civarındaki tepe noktası, papyon anten önyargı çizgileri tarafından oluşturulan dipol antenin rezonans zirvesi ile ilişkilidir. Bu videoda, optikten rah Hz'e dönüşüm verimliliğini iki büyüklük sırasına göre artırmak için bir plazmonik temas elektrot konfigürasyonu kullanan yeni bir foto iletken rah Hz üretim tekniği sunuyoruz.

Sunulan plazmonik foto iletken yayıcıdan elde edilen rah Hz radyasyon gücündeki önemli artış, gelişmiş kimyasal tanımlama, tıbbi görüntüleme, biyolojik algılama astronomisi, güvenlik taraması ve malzeme karakterizasyonu için gelecekteki yüksek hassasiyetli terahertz görüntüleme spektroskopisi ve spektrometri sistemleri için çok değerlidir.