DE102006059573B3 - Terahertz-radiation radiating or receiving arrangement, has photoconductive antenna with periodic structure having lens array, where focal points of individual lens of array are arranged at surface of semiconductor material between fingers - Google Patents

Terahertz-radiation radiating or receiving arrangement, has photoconductive antenna with periodic structure having lens array, where focal points of individual lens of array are arranged at surface of semiconductor material between fingers Download PDF

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Abstract

The arrangement has a photoconductive antenna (1) with an interdigital finger-like structure (3) and a periodic structure that is arranged on the finger-like structure. The periodic structure limits an optical excitation of charge carriers in a semiconductor material (2) of the antenna on each finger (5) of the finger-like structure. The periodic structure consists of a lens array (8), where focal points of an individual lens of the array are arranged at a surface of semiconductor material between each finger.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung.The The invention relates to an arrangement for radiation or reception of terahertz radiation.

Als Terahertz-Strahlung wird elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich von etwa 0,3 bis 100 THz bezeichnet. Da es im Frequenzbereich der Terahertz-Strahlung Molekülschwingungen unterschiedlicher Substanzen gibt, kann mittels Absorptionsspektroskopie im Terahertz Bereich die Untersuchung von Substanzen erfolgen und auch der Nachweis bestimmter chemischer Verbindungen geführt werden. So können beispielsweise Objekte im Terahertz Bereich abgebildet werden (siehe beispielsweise EP 0 828 162 A2 ) oder tomographisch untersucht werden (siehe beispielsweise EP 0 864 857 A1 ). Es gibt daher sowohl ein wissenschaftliches als auch ein sicherheitsrelevantes Interesse an kostengünstigen und effizienten Emittern und Detektoren für Terahertz Strahlung.Terahertz radiation is electromagnetic radiation in the frequency range of about 0.3 to 100 THz. Since there are molecular vibrations of different substances in the frequency range of terahertz radiation, it is possible to investigate substances by means of absorption spectroscopy in the terahertz range and also to detect certain chemical compounds. For example, objects in the terahertz range can be mapped (see for example EP 0 828 162 A2 ) or tomographically examined (see, for example EP 0 864 857 A1 ). There is therefore a scientific as well as a safety-relevant interest in low-cost and efficient emitters and detectors for terahertz radiation.

Es ist bekannt, dass Terahertz Strahlung mit photoleitenden Antennen (englisch PCA – photoconductive antenna) unter Verwendung ultrakurzer Lichtpulse mit Pulsdauern ≤ 1 ps sowohl erzeugt als auch nachgewiesen werden kann ( US 5 789 750 ). Eine photoleitende Terahertz Antenne besteht im Wesentlichen aus einer hochohmigen halbleitenden Schicht mit einer kurzen Relaxationszeit der Ladungsträger im Bereich einer Pikosekunde, die auf einem ebenfalls hochohmigen Substrat aufgebracht ist und auf der eine elektrisch leitende Antennenstruktur beispielsweise in der Form eines Dipols mit einem Gap als Unterbrechung im Zentrum des Dipols angeordnet ist. Zur Abstrahlung oder zum Nachweis von Terahertz-Strahlung wird die Halbleiterschicht im Gap der Antenne mit kurzen Laserpulsen bestrahlt. Die Photonenenergie der Laserpulse ist dabei größer als die elektronische Bandlücke der halbleitenden Schicht, so dass das Laserlicht in der halbleitenden Schicht absorbiert wird und bewegliche Ladungsträger erzeugt ( US 5729017 ; WO 03/047036 A1 ).It is known that terahertz radiation can be both generated and detected with photoconductive antennas (PCA) using ultrashort light pulses with pulse durations ≤ 1 ps ( US 5,789,750 ). A photoconductive terahertz antenna essentially consists of a high-resistance semiconductive layer with a short relaxation time of the charge carriers in the range of one picosecond, which is applied to a likewise high-resistance substrate and on which an electrically conductive antenna structure, for example in the form of a dipole with a gap as interruption in the Center of the dipole is arranged. For radiating or detecting terahertz radiation, the semiconductor layer in the gap of the antenna is irradiated with short laser pulses. The photon energy of the laser pulses is greater than the electronic band gap of the semiconducting layer, so that the laser light is absorbed in the semiconducting layer and generates mobile charge carriers ( US 5729017 ; WO 03/047036 A1 ).

Zur Abstrahlung von Terahertz-Strahlung wird an der Antenne eine Spannung angelegt. Dadurch entsteht im Gap der Antenne ein elektrisches Feld, dem die durch den optischen Puls erzeugten freien Ladungsträger folgen. In der Beschleunigungsphase der Ladungsträger wird elektromagnetische Strahlung im Terahertz Bereich emittiert. Wegen der geringen Relaxationszeit der Ladungsträger wird der entstandene elektrische Strom anschließend sehr schnell wieder gestoppt, was dazu führt, dass unerwünschte niederfrequente Strahlung im Gigahertz Bereich nur in sehr geringem Maße entsteht. Zum Nachweis von Terahertz-Strahlung wird an die photoleitende Antenne ein Stromverstärker angeschlossen. Ein Strom ist dann messbar, wenn an der Antenne ein elektrisches Feld der Terahertz-Strahlung anliegt und gleichzeitig der Laserpuls freie Ladungsträger erzeugt.to Radiation of terahertz radiation becomes a voltage on the antenna created. This creates an electric field in the gap of the antenna, which is followed by the free carriers generated by the optical pulse. In the acceleration phase of the charge carrier becomes electromagnetic radiation emitted in the terahertz range. Because of the low relaxation time the charge carrier The resulting electric current is then stopped very quickly, which leads to, that unwanted Low frequency radiation in the gigahertz range only in very low Dimensions arise. To detect terahertz radiation is applied to the photoconductive antenna a power amplifier connected. A current is then measurable when connected to the antenna electric field of terahertz radiation is applied and simultaneously the laser pulse free charge carriers generated.

Zum Nachweis von Röntgenstrahlung wurde eine photoleitende interdigitale Fingerstruktur vorgeschlagen ( EP 1 065 732 A1 ), die eine große Empfängerfläche bei geringem Elektrodenabstand besitzt. Für den Nachweis von Terahertz-Strahlung ist diese Antenne jedoch nicht geeignet, da sich Empfangsströme wegen des kohärenten Terahertz-Strahlungsfeldes in der altemierenden Fingerstruktur des Interdigitalwandlers auslöschen.For the detection of X-radiation, a photoconductive interdigital finger structure has been proposed ( EP 1 065 732 A1 ), which has a large receiver area with small electrode spacing. For the detection of terahertz radiation, however, this antenna is not suitable, since receive currents extinguish because of the coherent terahertz radiation field in the aging finger structure of the interdigital transducer.

Um das Problem der Auslöschung kohärenter Signale in einer Interdigitalstruktur zu lösen, wurde zur Erhöhung der abgesthlten Terahertz Strahlungsleistung einer photoleitenden Antenne im Patent DE 10 2004 046 123 A1 eine interdigitale Fingerstruktur vorgeschlagen, bei der jede zweite Fingerstruktur mit einer für das anregende Laserlicht undurchlässigen Schicht abgedeckt ist. Dadurch wird erreicht, dass die zwischen den Fingern der Interdigitalstruktur abgestrahlten Terahertz-Wellen eine einheitliche Polarisationsrichtung aufweisen und sich im Fernfeld konstruktiv überlagern. Die technische Herstellung einer derartigen Interdigitalstruktur mit einer darüber liegenden lichtundurchlässigen Struktur ist jedoch aufwändig. Das liegt daran, dass die lichtundurchlässige Schicht zweckmäßig aus Metall besteht. Diese Metallschicht muss aber von der darunter liegenden Interdigitalstruktur elektrisch isoliert sein. Die Vermeidung von Kurzschlüssen erfordert insbesondere bei großflächigen Antennen oder Antennenarrays einen hohen technischen Aufwand.In order to solve the problem of the cancellation of coherent signals in an interdigital structure, radiation power of a photoconductive antenna has been used to increase the terahertz radiated power DE 10 2004 046 123 A1 proposed an interdigitated finger structure in which every other finger structure is covered with a layer which is impermeable to the exciting laser light. This ensures that the terahertz waves radiated between the fingers of the interdigital structure have a uniform polarization direction and superimpose constructively in the far field. However, the technical production of such an interdigital structure with an overlying opaque structure is complicated. This is because the opaque layer is suitably made of metal. However, this metal layer must be electrically isolated from the underlying interdigital structure. The avoidance of short circuits requires a great deal of technical effort, especially in the case of large-area antennas or antenna arrays.

Obwohl bei der Verwendung einer solchen Terahertz-Strahlungsquelle mit Interdigitalstruktur erheblich größere Terahertz-Strahlungsleistungen als mit einer einfachen Dipolantenne erreichbar sind, muss ein mit einer photoleitenden Empfangsantenne ausgestattetes Time-Domain Terahertz-Spektrometer mit einem Lock-in System zur Signalerfassung ausgerüstet werden, um das für eine Messung erforderliche Signal/Rausch-Verhältnis zu erreichen. Auf der Sendeseite ist die erzeugbare Terahertz-Strahlung durch die zur Verfügung stehende Laserleistung begrenzt. Auf der Empfängerseite bildet die Empfindlichkeit der photoleitenden Dipolantenne die Begrenzung der Nachweisempfindlichkeit.Even though when using such a terahertz radiation source with Interdigital structure significantly larger terahertz radiation powers than can be reached with a simple dipole antenna, one must be with a time-domain equipped with a photoconductive receiving antenna Terahertz spectrometers are equipped with a lock-in system for signal acquisition, for that to achieve a measurement required signal-to-noise ratio. On the Transmitter side is the generated terahertz radiation through the to disposal limited laser power limited. On the receiver side forms the sensitivity the photoconductive dipole antenna limiting the detection sensitivity.

In der Patentschrift US 5 432 374 A ist in einer kombinierten Antennenanordnung für THz-Strahlung und Infrarotstrahlung mit einer Mikrolinse beschrieben, welche die nachzuweisende Infrarotstrahlung auf das Detektorelement auf der Rückseite des GaAs Wafers fokussiert. Bei dieser Anordnung handelt es sich jedoch nicht um das Problem der Erzeugung oder des Nachweises kohärenter THz-Strahlung.In the patent US 5 432 374 A is described in a combined antenna arrangement for THz radiation and infrared radiation with a microlens, which focuses the infrared radiation to be detected on the detector element on the back of the GaAs wafer. However, this arrangement is not the problem of generating or detecting coherent THz radiation.

Die Patentschrift EP 0 727 671 A2 beschreibt ein THz-Antennenarray, bei dem jedes Pixel aus einer Antenne mit einem photoleitenden Schalter aus einer interdigitalen Fingerstruktur besteht. Das Array der interdigitalen Fingerstrukturen kann mit einem Kurzpulslaser über ein Mikrolinsenarray bestrahlt werden. Bei dieser Antennenanordnung wird jeweils eine komplette Interdigitalstruktur durch eine Mikrolinse bestrahlt.The patent EP 0 727 671 A2 describes a THz antenna array in which each pixel consists of an antenna with a photoconductive switch of an interdigitated finger structure. The array of interdigital finger structures can be irradiated with a short pulse laser via a microlens array. In this antenna arrangement, in each case a complete interdigital structure is irradiated by a microlens.

In der Druckschrift US 6 157 035 A ist ein Detektorarray aus einem Halbleitermaterial für optische Strahlung beschrieben, dessen Bandlücke geringer als die Photonenenergie der nachzuweisenden Strahlung ist. Um zu einer kurzen Responsezeit des Detektorarrays zu kommen, ist jedes zweite Detektorelement mit einer Schattenmaske abgedeckt, welche schachbrettartig oder auch als Fingerstruktur ausgeführt werden kann. Ein Linsenarray über der Schattenmaske beleuchtet jedes zweite Detektorelement. Gemessen werden die Ladungsträger in den jeweils unbeleuchteten Detektorelementen, die aus den beleuchteten Detektorelementen in die abgeschatteten Detektorelemente diffundieren. Dieses Detektorarray ist für hohe Modulationsfrequenzen eines optischen Signals, aber nicht für THz-Strahlung geeignet.In the publication US Pat. No. 6,157,035 a detector array is described of a semiconductor material for optical radiation whose band gap is less than the photon energy of the radiation to be detected. In order to arrive at a short response time of the detector array, every second detector element is covered with a shadow mask, which can be executed as a checkerboard or as a finger structure. A lens array over the shadow mask illuminates every other detector element. The charge carriers are measured in the respectively unlit detector elements, which diffuse from the illuminated detector elements into the shadowed detector elements. This detector array is suitable for high modulation frequencies of an optical signal, but not for THz radiation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine photoleitende Antenne zur Erzeugung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung anzugeben, die als Sendeantenne eine höhere Terahertz-Strahlungsleistung als eine bekannte großflächige photoleitende Antenne liefert und die beim Einsatz als Empfangsantenne einen größeren Strom als die bekannten photoleitenden Antennen liefert.Of the Invention is based on the object, a photoconductive antenna indicate the generation or reception of terahertz radiation, the transmitting antenna as a higher Terahertz radiation power as a known large-area photoconductive Antenna provides and when used as a receiving antenna, a larger power as the known photoconductive antennas.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung unter Verwendung einer photoleitenden Antenne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Den Erfindungsanspruch vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele mit den dazugehörigen Abbildungen.According to the invention this Task by the arrangement for radiation or for the reception of Terahertz radiation using a photoconductive antenna solved with the features of claim 1. The invention claim advantageous Further features are the subject of the dependent claims and the description with reference to the embodiments with the accompanying drawings.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.The Invention will be explained in more detail with reference to two embodiments.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigenIn the associated Drawings show

1 die schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung, 1 1 is a schematic representation of a first embodiment of the arrangement according to the invention for emitting or receiving terahertz radiation;

2 die schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, 2 the schematic representation of a second embodiment of the inventive arrangement,

3 die schematische Darstellung eines Querschnitts durch die zweite Ausführungsform der Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung. 3 the schematic representation of a cross section through the second embodiment of the arrangement for emitting or receiving terahertz radiation.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung. Die Anordnung besteht aus einer photoleitenden Antenne 1 aus einem Halbleitermaterial 2 mit einer interdigitalen Fingerstruktur 3. Das Halbleitermaterial 2 ist für die anregende Laserstrahlung 4 absorbierend und besitzt eine geringe Relaxationszeit angeregter Ladungsträger. Die interdigitale Fingerstruktur 3 besitzt Finger 5, die in jedem zweiten Zwischenraum der interdigitalen Fingerstruktur 3 eine Reihe sich gegenüberstehender Elektroden 6 besitzen, zwischen denen ein geringer Abstand 7 von wenigen Mikrometern vorhanden ist. 1 shows a schematic representation of a first embodiment of the inventive arrangement for emitting or receiving terahertz radiation. The arrangement consists of a photoconductive antenna 1 from a semiconductor material 2 with an interdigital finger structure 3 , The semiconductor material 2 is for the stimulating laser radiation 4 absorbing and has a low relaxation time of excited charge carriers. The interdigital finger structure 3 has fingers 5 which in every second interspace of the interdigital finger structure 3 a series of opposing electrodes 6 own, between which a small distance 7 of a few microns is present.

Über der photoleitenden Antenne 1 ist ein Linsenarray 8 aus Glas angeordnet, das in die Oberfläche einer für das Laserlicht 4 transparenten Platte 9 eingeprägt ist. Die Mitte der Linsen befindet sich jeweils über dem Abstand zwischen den Elektroden 6 in jedem zweiten Zwischenraum der interdigitalen Fingerstruktur 3. Die Form der Linsen des Linsenarrays 8 ist so gewählt, dass sich bei parallel einfallendem Laserlicht 4 die Brennpunkte an der Oberfläche des Halbleitermaterials 2 in der Mitte zwischen den sich gegenüberstehenden Elektroden 6 der interdigitalen Fingerstruktur 3 befinden. Dadurch werden durch das Laserlicht 4 die Ladungsträger hauptsächlich im Halbleitermaterial 2 zwischen den sich gegenüberstehenden Elektroden 6 erzeugt.Above the photoconductive antenna 1 is a lens array 8th arranged in glass, which is in the surface of a laser light 4 transparent plate 9 is impressed. The center of the lenses is always above the distance between the electrodes 6 in every other interspace of the interdigital finger structure 3 , The shape of the lenses of the lens array 8th is chosen so that when parallel incident laser light 4 the foci at the surface of the semiconductor material 2 in the middle between the opposing electrodes 6 the interdigital finger structure 3 are located. This is done by the laser light 4 the charge carriers mainly in the semiconductor material 2 between the opposing electrodes 6 generated.

Wird die Anordnung zur Abstrahlung von Terahertz-Strahlung eingesetzt, so ergeben sich gegenüber dem Stand der Technik folgende Vorteile:
Erstens wird der Großteil der Laserstrahlung 4, die auf den Antennenbereich zwischen den Fingern 5 mit den Elektroden 6 gerichtet ist, durch das Linsenarray 8 in den Bereich zwischen den Elektroden 6 gebrochen und damit für die Ladungsträgererzeugung genutzt. Dadurch kann man mit der gleichen Laserleistung mit der erfindungsgemäßen Antenne eine nahezu doppelt so große Antennenfläche nutzen und eine entsprechend größere kohärente Terahertz-Strahlungsleistung erzeugen.If the arrangement is used to emit terahertz radiation, then the following advantages result over the prior art:
First, the bulk of the laser radiation 4 pointing to the antenna area between your fingers 5 with the electrodes 6 is directed through the lens array 8th in the area between the electrodes 6 broken and thus used for the generation of charge carriers. This makes it possible to use with the same laser power with the antenna according to the invention a nearly twice as large antenna area and generate a correspondingly larger coherent terahertz radiation power.

Zweitens ergibt sich durch die Fokussierung der Laserstrahlung mit dem Linsenarray eine größere Leistungsdichte als bei einer homogenen Bestrahlung der Antenne. Da die abgestrahlte Terahertz-Leistung proportional zum Quadrat der Intensität der Laserstrahlung ist (siehe z.B. Optics Letters, Vol. 31, No 10, 2006 Seiten 1546–1548), wird die Effizienz der Erzeugung der Terahertz-Strahlung, bezogen auf die zur Verfügung stehende Laserleistung mindestens um eine Größenordnung gesteigert.Secondly results from the focusing of the laser radiation with the lens array a greater power density as with a homogeneous irradiation of the antenna. Because the radiated Terahertz power proportional to the square of the intensity of the laser radiation (see, e.g., Optics Letters, Vol. 31, No 10, 2006, pages 1546-1548), is the efficiency of generation of terahertz radiation, based on the available Laser power increased by at least an order of magnitude.

Wird die Anordnung zum Empfang von Terahertz-Strahlung eingesetzt, so ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik mit einer photoleitenden Dipolantenne ein größeres Signal. Eine dem Stand der Technik entsprechende photoleitende Antenne besitzt eine laterale Ausdehnung I von einer halben (Vakuum)-Wellenlänge λ dividiert durch die Brechzahl n des Halbleitermaterials 2. Die Brechzahl des Halbleitermaterials 2 beträgt n ≈ 3,5. Der beugungsbegrenzte Fokusdurchmesser d der Terahertz-Strahlung auf der photoleitenden Antenne beträgt nach der Abbeschen Formel: d ≈ λ/(2·NA) NA – numerische Apertur. If the arrangement is used to receive terahertz radiation, a larger signal results compared to the prior art with a photoconductive dipole antenna. A prior art photoconductive antenna has a lateral extent I of one half (vacuum) wavelength λ divided by the refractive index n of the semiconductor material 2 , The refractive index of the semiconductor material 2 is n ≈ 3.5. The diffraction-limited focus diameter d of the terahertz radiation on the photoconductive antenna is according to the Abbe's formula: d ≈ λ / (2 · NA) NA - numerical aperture.

Bei einer typischen numerischen Apertur NA von 0,5 ergibt sich für den beugungsbegrenzten Fokusdurchmesser d der Terahertz-Strahlung etwa eine Wellenlänge λ. Für das Verhältnis V der Empfängerfläche einer photoleitenden Dipolantenne zur beugungsbegrenzten Fokusfläche der Terahertzstrahlung ergibt sich mit n 3,5: V = (I/d)2 = (I/λ)2 ≈ 1/49. With a typical numerical aperture NA of 0.5, the diffraction-limited focus diameter d of the terahertz radiation yields approximately one wavelength λ. For the ratio V of the receiver surface of a photoconductive dipole antenna to the diffraction-limited focus surface of the terahertz radiation, with n 3.5: V = (I / d) 2 = (I / λ) 2 ≈ 1/49.

Da der Empfängerstrom proportional zur Antennenfläche ist, empfängt die Dipolantenne nur den Bruchteil V des zur Verfügung stehenden Terahertz-Signals.There the receiver current proportional to the antenna surface is, receives the dipole antenna only the fraction V of the available Terahertz signal.

Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung kann die wirksame Antennenfläche der Spotgröße der Terahertz-Strahlung angepasst werden, so dass das zur Verfügung stehende Terahertz-Signal vollständig erfasst wird. In einem Terahertz-Spektrometer mit photoleitender Sende- und Empfangsantenne kann durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Antenne sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite jeweils etwa eine Größenordnung an Leistung gegenüber den bisher bekannten photoleitenden Antennen gewonnen werden. Dadurch kann das Signal/Rausch-Verhältnis des Terahertz-Spektrometers um etwa zwei Größenordnungen verbessert werden.By the use of the arrangement according to the invention can be the effective antenna surface the spot size of the terahertz radiation be adjusted so that the available terahertz signal Completely is detected. In a terahertz spectrometer with photoconductive Transmitting and receiving antenna can by the use of the antenna according to the invention both on the transmitter and on the receiver side each about one Magnitude in terms of performance the previously known photoconductive antennas are obtained. Thereby can the signal-to-noise ratio of the Terahertz spectrometer can be improved by about two orders of magnitude.

2 zeigt die schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht das Linsenarray aus plankonvexen, parallelen Zylinderlinsen 10 und die Interdigitalstruktur 3 besteht aus einfachen Fingern 5 ohne eine weitere Strukturierung. Die Zylinderlinsen sind so auf der Interdigitalstruktur 3 angeordnet, dass sich ihre Brennlinien 11 an der Oberfläche des Halbleitermaterials 2 zwischen jedem zweiten Finger 5 befinden. 2 shows the schematic representation of a second embodiment of the inventive arrangement. In contrast to the first exemplary embodiment, the lens array consists of plano-convex, parallel cylindrical lenses 10 and the interdigital structure 3 consists of simple fingers 5 without further structuring. The cylindrical lenses are so on the interdigital structure 3 arranged that their focal lines 11 on the surface of the semiconductor material 2 between every second finger 5 are located.

3 zeigt die schematische Darstellung eines Querschnitts durch die zweite Ausführungsform der Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung. Das Array der parallelen Zylinderlinsen 10 sorgt dafür, dass in der interdigitalen Fingerstruktur 3 nur jeder zweite Zwischenraum zwischen den Fingern 5 vom Laserlicht bestrahlt wird und keine Auslöschung der Signale entsteht. Gleichzeitig wird die Intensität der Beleuchtung des Halbleitermaterials 2 infolge der Fokussierung in den Brennlinien 11 erhöht. 3 shows the schematic representation of a cross section through the second embodiment of the arrangement for emitting or receiving terahertz radiation. The array of parallel cylindrical lenses 10 ensures that in the interdigital finger structure 3 only every second space between the fingers 5 is irradiated by the laser light and no cancellation of the signals. At the same time, the intensity of the illumination of the semiconductor material 2 as a result of focusing in the focal lines 11 elevated.

Gegenüber der ersten Ausführungsform besitzt diese Anordnung den Vorteil, dass das Zylinderlinsenarray 10 die Bestrahlung des Halbleitermaterials 2 zwischen jeder zweiten Fingerstruktur komplett verhindert. Die Konzentration des Laserlichtes ist jedoch geringer als im ersten Ausführungsbeispiel, weshalb diese Antenne besonders zum Nachweis von Terahertz-Strahlung geeignet ist.Compared to the first embodiment, this arrangement has the advantage that the cylindrical lens array 10 the irradiation of the semiconductor material 2 completely prevented between every second finger structure. However, the concentration of the laser light is lower than in the first embodiment, which is why this antenna is particularly suitable for the detection of terahertz radiation.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung besteht aus einer Modifikation des Linsenarrays 8 in der Weise, dass das Linsenarray 8 aus plankonvexen Einzellinsen besteht, die auf der photoleitenden Antenne 1 angebracht sind. Die Einzellinsen sind dabei so angeordnet, dass nur der Bereich des Halbleitermaterials 2 zwischen jedem zweiten Finger 5 der interdigitalen Fingerstruktur 3 bestrahlt wird.Another embodiment of the arrangement according to the invention consists of a modification of the lens array 8th in the way that the lens array 8th consists of plano-convex single lenses, which on the photoconductive antenna 1 are attached. The individual lenses are arranged so that only the region of the semiconductor material 2 between every second finger 5 the interdigital finger structure 3 is irradiated.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass das Linsenarray 8 aus einem organischen Material wie beispielsweise Polymer besteht, das für das Laserlicht 4 transparent ist.A further embodiment of the arrangement according to the invention is that the lens array 8th is made of an organic material such as polymer, which is for the laser light 4 is transparent.

Des weiteren kann es vorteilhaft sein, dass die photoleitende Antenne 1 auf einem gut wärmeleitenden, für die Terahertz-Strahlung transparenten Träger wie beispielsweise CVD-Diamant montiert ist, der einen guten thermischen Kontakt zu einer Wärmesenke besitzt.Furthermore, it may be advantageous for the photoconductive antenna 1 is mounted on a good thermal conductivity, transparent to the terahertz radiation carrier such as CVD diamond, which has a good thermal contact with a heat sink.

Aufstellung der BezugszeichenList of reference signs

11
photoleitende Antennephotoconductive antenna
22
HalbleitermaterialSemiconductor material
33
interdigitale Fingerstrukturinterdigital finger structure
44
Laserlichtlaser light
55
Fingerfinger
66
Elektrodenelectrodes
77
Abstand der Elektrodendistance the electrodes
88th
Linsenarraylens array
99
transparente Plattetransparent plate
1010
Zylinderlinsencylindrical lenses
1111
Brennlinienfocal lines

Claims (8)

Anordnung zur Abstrahlung oder zum Empfang von Terahertz-Strahlung unter Verwendung einer photoleitenden Antenne (1) mit einer interdigitalen Fingerstruktur (3) und einer darauf angeordneten periodischen Struktur, welche die optische Anregung von Ladungsträgern im Halbleitermaterial (2) der photoleitenden Antenne (1) auf jeden zweiten Finger (5) der interdigitalen Fingerstruktur (3) beschränkt, dadurch gekennzeichnet, dass a) die periodische Struktur aus einem Linsenarray (8) besteht und dass b) sich die Brennpunkte (7) der einzelnen Linsen des Linsenarrays (8) jeweils an der Oberfläche des Halbleitermaterials (2) zwischen jedem zweiten Finger (5) der interdigitalen Fingerstruktur (3) befinden.Arrangement for radiation or Emp terahertz radiation using a photoconductive antenna ( 1 ) with an interdigital finger structure ( 3 ) and a periodic structure arranged thereon, which detects the optical excitation of charge carriers in the semiconductor material ( 2 ) of the photoconductive antenna ( 1 ) on every second finger ( 5 ) of the interdigital finger structure ( 3 ), characterized in that a) the periodic structure of a lens array ( 8th ) and that b) the foci ( 7 ) of the individual lenses of the lens array ( 8th ) each at the surface of the semiconductor material ( 2 ) between every second finger ( 5 ) of the interdigital finger structure ( 3 ) are located. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Linsenarray (8) aus plankonvexen, parallelen Zylinderlinsen (10) besteht und dass b) sich die Brennlinien (11) der einzelnen Zylinderlinsen (10) jeweils an der Oberfläche des Halbleitermaterials (2) zwischen jedem zweiten Finger (5) der interdigitalen Fingerstruktur (3) befinden.Arrangement according to claim 1, characterized in that a) the lens array ( 8th ) of plano-convex, parallel cylindrical lenses ( 10 ) and that b) the focal lines ( 11 ) of the individual cylindrical lenses ( 10 ) each at the surface of the semiconductor material ( 2 ) between every second finger ( 5 ) of the interdigital finger structure ( 3 ) are located. Anordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (8) aus plankonvexen Einzellinsen besteht.Arrangement according to address 1 , characterized in that the lens array ( 8th ) consists of plano-convex single lenses. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (8) aus einer transparenten Platte (9) besteht, in deren Oberfläche die Linsenformen eingeprägt sind.Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lens array ( 8th ) from a transparent plate ( 9 ), in the surface of which the lens shapes are impressed. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (8) aus einem Glas besteht.Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lens array ( 8th ) consists of a glass. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray (8) aus einem organischen Material besteht.Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lens array ( 8th ) consists of an organic material. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) die photoleitende Antenne (1) auf einem gut wärmeleitfähigen, für Terahertz- Strahlung transparenten Träger angebracht ist und dass b) der Träger einen guten thermischen Kontakt mit einer Wärmesenke besitzt.Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that a) the photoconductive antenna ( 1 ) is mounted on a good thermal conductivity, transparent to terahertz radiation carrier and that b) the carrier has a good thermal contact with a heat sink. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gut wärmeleitfähige, für Terahertz- Strahlung transparente Träger aus CVD-Diamant besteht.Arrangement according to claim 7, characterized that the thermally conductive, for terahertz radiation transparent carrier made of CVD diamond.
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