DE102016116900B3

DE102016116900B3 - THz-Antenne und Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung

Info

Publication number: DE102016116900B3
Application number: DE102016116900.5A
Authority: DE
Inventors: Abhishek Singh; Stephan Winnerl; Harald Schneider; Manfred Helm
Original assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2036-09-10
Also published as: WO2018046254A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine THz-Antenne und Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung, wobei die THz-Antenne mehrere streifenförmige Elektroden und mehrere streifenförmige Gegenelektroden aufweist, die unter Ausbildung einer periodischen Elektrodenanordnung abwechselnd und parallel zueinander angeordnet sind, wobei jeweils eine Elektrode und eine Gegenelektrode ein Elektrodenpaar definieren, wobei die Elektrode und die Gegenelektrode jedes der Elektrodenpaare mittels photoleitfähigen Materials miteinander verbunden sind, und wobei die Elektroden und die Gegenelektroden mit einer konstanten Breite derart ausgebildet sind, dass die Elektroden eine größere Breite aufweisen als die Gegenelektroden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Terahertz-Antenne, die sowohl zum Erzeugen und Senden von Terahertz-Strahlung, als auch zum Empfangen von Terahertz-Strahlung verwendbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von Terahertz-Strahlung mit einer derartigen Terahertz-Antenne.
Terahertz-Strahlung (THz-Strahlung) ist elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich ungefähr zwischen 0,01 THz und 100 THz. Terahertz-Strahlung durchdringt viele optisch undurchlässige Materialien und wirkt aufgrund ihrer geringen Photonenenergie nicht ionisierend. Zudem weisen mehrere Moleküle Schwingungen mit Frequenzen im Bereich der THz-Strahlung auf, sodass bestimmte Substanzen anhand ihrer spektralen Fingerabdrücke mittels THz-Strahlung identifizierbar sind. So ermöglicht z.B. die Absorptionsspektroskopie im Terahertz-Frequenzbereich die Analyse und den Nachweis bestimmter Substanzen. Aufgrund ihrer Eigenschaften findet THz-Strahlung verstärkt Anwendung in unterschiedlichen Bereichen, z.B. in der Sicherheitstechnik, bei der industriellen Prozessüberwachung, bei der zerstörungsfreien Prüfung sowie in der Biologie und der Medizin.
Terahertz-Strahlung kann mittels sogenannter großflächiger photoleitender bzw. photoleitfähiger THz-Antennen erzeugt und/oder detektiert werden. Eine derartige photoleitende THz-Antenne weist z.B. ein photoleitendes Halbleitersubstrat oder eine auf einem dielektrischen Substrat angeordnete halbleitende Schicht auf, worauf eine periodische Struktur von identisch ausgebildeten und abwechselnd angeordneten Elektroden und Gegenelektroden vorgesehen ist, die jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet sind (siehe z.B. WO 2006/047 975 A1 oder DE 10 2006 014 801 A1 ).
Zum Erzeugen und/oder Detektieren von Terahertz-Strahlung wird die THz-Antenne mit Laserstrahlung bestrahlt, wodurch das Halbleitersubstrat in den Lücken (englisch als „gaps“ bezeichnet), die durch die Abstände zwischen einer Elektrode und einer benachbarten Gegenelektrode gebildet sind, angeregt wird. Dabei ist die Photonenenergie der anregenden Laserstrahlung größer als die elektronische Bandlücke des Halbleitermaterials, aus dem das Halbleitersubstrat besteht, sodass unter Absorption der Laserstrahlung in dem Halbleitersubstrat frei bewegliche Ladungsträger in Form von Elektronen und Löchern gebildet werden. Zur Anregung können z.B. Laserpulse verwendet werden, z.B. zeitlich kurze Laserpulse mit einer Pulsdauer unterhalb einer Pikosekunde, wodurch eine gepulste Erzeugung bzw. Detektion von THz-Strahlung ermöglicht ist. Alternativ kann zur Anregung die überlagerte Laserstrahlung zweier kontinuierlich emittierender Laser unterschiedlicher Frequenzen verwendet werden, wodurch die Erzeugung bzw. Detektion von THz-Strahlung bei der Differenzfrequenz ermöglicht ist. In jedem Fall fungiert die Laserstrahlung zur Anregung des Halbleitermaterials unter Erzeugung beweglicher elektrischer Ladungsträger und wird daher im Folgenden auch als Anregungs-Laserstrahlung bezeichnet.
Zum Detektieren von THz-Strahlung wird mittels eines Strommessers der zwischen den Elektroden einerseits und den Gegenelektroden andererseits fließende elektrische Strom erfasst. Bei auf die THz-Antenne auftreffender THz-Strahlung bewegen sich die mittels der Anregungs-Laserstrahlung generierten beweglichen Ladungsträger aufgrund des elektrischen Feldes der THz-Strahlung unter Erzeugung eines Stromflusses zwischen den Elektroden einerseits und den Gegenelektroden andererseits, wobei mittels Erfassens des Stromflusses die THz-Strahlung detektierbar bzw. charakterisierbar ist.
Zum Erzeugen von THz-Strahlung wird eine elektrische Spannung zwischen die Elektroden einerseits und die Gegenelektroden andererseits angelegt, sodass die Elektroden auf einem anderen elektrischen Potential liegen als die Gegenelektroden. Dadurch entsteht zwischen den Elektroden und den benachbarten Gegenelektroden ein elektrisches Feld, von dem die in dem photoleitenden Material in der jeweils dazwischenliegenden Lücke photogenerierten Ladungsträger beschleunigt werden, wobei Terahertz-Strahlung erzeugt wird. Da jedoch die elektrischen Felder in benachbarten Lücken jeweils entgegengesetzt gerichtet sind, löschen sich die aus benachbarten Lücken stammenden THz-Strahlungsanteile aufgrund destruktiver Interferenz im Fernfeld zumindest teilweise aus. Diese destruktive Interferenz kann z.B. verhindert werden, indem in jeder zweiten Lücke die Erzeugung von THz-Strahlung verursachenden photogenerierten Ladungsträgern verhindert wird. In diesem Fall wird THz-Strahlung nur in denjenigen Lücken erzeugt, in denen das elektrische Feld ein und dieselbe Richtung aufweist, wodurch es im Fernfeld zu einer konstruktiven und kohärenten Überlagerung der emittierten THz-Strahlung kommt. Das Verhindern der Erzeugung photogenerierter Ladungsträger in jeder zweiten Lücke kann z.B. realisiert werden, indem in diesem Bereich das photoleitende Material mittels einer Abschirmschicht vor der Anregungs-Laserstrahlung abgeschirmt wird, wie in WO 2006/047 975 A1 beschrieben. Alternativ dazu kann in jeder zweiten Lücke die Erzeugung photogenerierter Ladungsträger verhindert werden, indem in diesem Bereich das Substrat nicht photoleitend ausgebildet wird (z.B. indem dieser Bereich frei von photoleitendem Material gehalten ist), wie z.B. in DE 10 2006 014 801 A1 beschrieben. Als weitere Alternative kann in jeder zweiten Lücke die Erzeugung photogenerierter Ladungsträger mittels einer Linsenanordnung verhindert werden, mittels derer die Anregungs-Laserstrahlung unter Aussparung jeder zweiten Lücke ausschließlich auf die Lücken mit gleicher Feldrichtung gelenkt wird, wie z.B. in DE 10 2006 059 573 B3 beschrieben.
Herkömmliche großflächige photoleitende THz-Antennen mit periodischen Elektrodenstrukturen ermöglichen lediglich eine eingeschränkte Emission bzw. Detektion von THz-Strahlung oder erfordern einen komplexen Aufbau und somit auch entsprechend komplexe Herstellungsverfahren. So ist z.B. bei herkömmlichen derartigen THz-Antennen ein Großteil des Halbleitersubstrats durch die Elektrodenstruktur und ggf. die Abschirmschicht von der Anregungs-Laserstrahlung abgeschirmt, sodass ein großer Teil der auf die THz-Antenne eingestrahlten Anregungs-Laserstrahlung nicht zur Erzeugung beweglicher Ladungsträger beiträgt, sondern stattdessen von der Elektrodenstruktur bzw. der Abschirmschicht reflektiert oder absorbiert wird, sodass z.B. bei der Verwendung als Sendeantenne lediglich ein geringer Teil der Laser-Anregungsenergie in THz-Strahlung umgewandelt wird. Der effektiv zur Erzeugung beweglicher Ladungsträger beitragende Anteil der Anregungs-Laserstrahlung kann zwar z.B. durch eine Linsenanordnung erhöht werden, jedoch erfordert dies einen komplexen Aufbau der THz-Antenne. Des Weiteren beruht z.B. die THz-Emission bzw. THz-Detektion herkömmlicher derartiger großflächiger THz-Antennen im Wesentlichen allein auf den beschleunigten Ladungsträgern im Halbleitersubstrat, wodurch die Emission bzw. Detektion von THz-Strahlung ebenfalls eingeschränkt ist.
Durch die Erfindung wird eine unkompliziert aufgebaute und unkompliziert herstellbare photoleitende THz-Antenne bereitgestellt, mittels derer eine effektive Emission und Detektion von THz-Strahlung ermöglicht sind. Durch die Erfindung wird zudem eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung bereitgestellt, die eine derartige THz-Antenne aufweist.
Gemäß der Erfindung wird eine THz-Antenne zum Erzeugen und/oder Empfangen von THz-Strahlung bereitgestellt, z.B. von THz-Strahlung mit einer Frequenz zwischen 0,01 THz und 100 THz, bevorzugt THz-Strahlung mit einer Frequenz zwischen 0,1 THz und 20 THz, insbesondere THz-Strahlung mit einer Frequenz zwischen 0,2 THz und 4 THz. Die THz-Antenne kann somit sowohl als THz-Sendeantenne zum Erzeugen und Senden von THz-Strahlung als auch als THz-Empfangsantenne zum Empfangen und Detektieren von THz-Strahlung fungieren.
Die THz-Antenne (im Folgenden auch kurz als „Antenne“ bezeichnet) weist eine räumlich periodische Elektrodenanordnung auf. Die periodische Elektrodenanordnung weist mehrere streifenförmige Elektroden und mehrere streifenförmige Gegenelektroden auf, die jeweils in einem Abstand zueinander unter Ausbildung der periodischen Elektrodenanordnung abwechselnd und parallel zueinander angeordnet sind. Die periodische Elektrodenanordnung kann somit aus den Elektroden und den Gegenelektroden bestehen. Vorliegend werden Ausgestaltungsmerkmale der Elektroden und Gegenelektroden der periodischen Elektrodenanordnung beschrieben, wobei sich diese Ausgestaltungsmerkmale auf die Ausgestaltung der Elektroden und Gegenelektroden innerhalb der periodischen Elektrodenanordnung (innerhalb des Bereichs, in dem entlang der Periodizitätsrichtung eine periodische Abfolge abwechselnd angeordneter Elektroden und Gegenelektroden vorliegt) beziehen, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die Elektrodenanordnung ist entlang einer vorgegebenen Periodizitätsrichtung räumlich periodisch und weist entlang dieser Periodizitätsrichtung unter Ausbildung einer Abfolge Elektrode – Lücke – Gegenelektrode – Lücke – Elektrode – Lücke – Gegenelektrode – Lücke – ... abwechselnd angeordnete Elektroden und Gegenelektroden auf, wobei alle Elektroden und alle Gegenelektroden parallel zueinander verlaufend angeordnet sind, und wobei zwischen jeder Elektrode und den benachbarten Gegenelektroden jeweils ein Abstand bzw. eine Lücke ausgebildet ist. Eine derartige Lücke wird auch als Gap (englisch für „Lücke“) bezeichnet. Jede der Elektroden und jede der Gegenelektroden ist streifenförmig ausgebildet und weist entlang einer vorgegebenen Längsrichtung eine Länge, entlang einer vorgegebenen Quer- bzw. Breitenrichtung eine Breite, und entlang einer vorgegebenen Höhen- bzw. Dickenrichtung eine Dicke auf, wobei die Länge größer ist als die Breite (z.B. derart, dass die Länge der Elektroden bzw. Gegenelektroden mindestens fünf Mal, bevorzugt mindestens zehn Mal so groß ist wie deren Breite). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass sich die Länge der Elektroden bzw. Gegenelektroden über die gesamte Ausdehnung der THz-Antenne erstreckt. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Elektroden die gleiche Länge aufweisen wie die Gegenelektroden. Die THz-Antenne kann z.B. als großflächige THz-Antenne mit Abmessungen von z.B. 300 µm × 300 µm bis 100 mm × 100 mm (abhängig von der Anregungs-Laserstrahlung, z.B. von deren NIR-Pulsenergie) ausgebildet sein. Alle Elektroden und alle Gegenelektroden sind parallel zueinander angeordnet und weisen dieselbe Längsrichtung auf, wobei die Elektroden und die Gegenelektroden ineinandergreifend angeordnet sind. Die Elektroden und die Gegenelektroden können insbesondere derart angeordnet sein, dass ihre Längsrichtung senkrecht zu der Periodizitätsrichtung verläuft und ihre Breitenrichtung parallel zu der Periodizitätsrichtung verläuft.
Es kann vorgesehen sein, dass alle Elektroden unter Ausbildung einer ersten Hauptelektrode elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, und dass alle Gegenelektroden unter Ausbildung einer zweiten Hauptelektrode elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. Die Elektroden können somit Abschnitte einer gemeinsamen ersten Hauptelektrode sein, die Gegenelektroden können Abschnitte einer gemeinsamen zweiten Hauptelektrode sein. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Elektroden durch die Fingerabschnitte einer ersten Fingerelektrode gebildet sind und die Gegenelektroden durch die Fingerabschnitte einer zweiten Fingerelektrode gebildet sind, wobei die erste und die zweite Fingerelektrode unter Ausbildung der periodischen Elektrodenanordnung ineinandergreifend angeordnet sind.
Jeweils eine der Elektroden und die in einer vorgegebenen Richtung (z.B. in der Periodizitätsrichtung) benachbarte Gegenelektrode definieren ein Elektrodenpaar. Demgemäß weist die Elektrodenanordnung eine Abfolge von Elektrodenpaaren auf, wobei jedes der Elektrodenpaare aus einer Elektrode und einer Gegenelektrode besteht.
Die THz-Antenne weist photoleitfähiges Material derart auf, dass zumindest die Elektrode und die Gegenelektrode jedes Elektrodenpaares mittels photoleitfähigen Materials miteinander verbunden sind. Die THz-Antenne weist also zumindest in der Lücke zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode jedes Elektrodenpaares – und somit in jeder zweiten Lücke der periodischen Elektrodenanordnung – einen photoleitenden bzw. photoleitfähigen Abschnitt derart auf, dass die Elektrode und die Gegenelektrode des jeweiligen Elektrodenpaares den photoleitenden Abschnitt kontaktieren. Das photoleitfähige Material ist ein Material, in dem mittels optischer Anregung bewegliche elektrische Ladungsträger generierbar sind, sodass das photoleitfähige Material unter optischer Anregung elektrisch leitfähig ist, daher wird das photoleitfähige Material auch als photoleitendes Material bezeichnet. In der Lücke zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eines jeden Elektrodenpaares kann das dort angeordnete photoleitfähige Material mittels Anregungs-Laserstrahlung bestrahlt werden, so dass in dem photoleitfähigen Material frei bewegliche elektrische Ladungsträger in Form von Elektronen und Löchern generiert werden. In der Lücke zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eines jeden Elektrodenpaares kann somit die optische Anregung des dort angeordneten photoleitfähigen Materials erfolgen, daher wird die Lücke zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eines jeden Elektrodenpaares auch als photoaktive Lücke bzw. photoaktives Gap bezeichnet. Die THz-Antenne kann also derart ausgebildet sein, dass in den photoaktiven Lücken die photoleitfähigen Abschnitte zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode jedes Elektrodenpaares für Anregungs-Laserstrahlung zugänglich sind. Die THz-Antenne kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die photoleitfähigen Abschnitte zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode jedes Elektrodenpaares in den photoaktiven Lücken zumindest teilweise nach außen hin bloßliegen, sodass ein effektiver Eintrag von Anregungs-Laserstrahlung in das photoleitfähige Material ermöglicht ist. Das photoleitfähige Material kann insbesondere ein Halbleitermaterial sein.
Die Elektroden und die Gegenelektroden weisen eine größere elektrische Leitfähigkeit auf als das photoleitfähige Material. Das photoleitfähige Material kann insbesondere ein Halbleitermaterial sein, d.h. aus elektrisch halbleitendem Material bestehen. Die Elektroden und die Gegenelektroden können aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, z.B. aus Metall. Demgemäß können die Elektroden und Gegenelektroden der periodischen Elektrodenanordnung z.B. als metallische Elektroden bzw. Gegenelektroden ausgebildet sein. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass das photoleitfähige Material in Form einer Schicht aus halbleitendem Material (z.B. in Form eines Halbleitersubstrates) vorliegt und die Elektroden und Gegenelektroden als metallische Elektroden bzw. Gegenelektroden ausgeführt und kontaktierend an der Schicht aus halbleitendem Material (z.B. auf der Schicht aus halbleitendem Material) angeordnet sind. Die Elektroden und Gegenelektroden können z.B. durch eine Metallisierung gebildet sein, können jedoch auch mittels Dotierung direkt in dem photoleitfähigen Halbleitermaterial realisiert sein.
Indem in der Lücke zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eines jeden Elektrodenpaares – und somit in jeder zweiten Lücke der periodischen Elektrodenanordnung – mittels des dort angeordneten photoleitfähigen Materials eine Photogeneration elektrischer Ladungsträger ermöglicht ist, kann z.B. bei der Verwendung der THz-Antenne als Sendeantenne eine konstruktive Interferenz der emittierten THz-Strahlung im Fernfeld realisiert werden, bei Verwendung der THz-Antenne als Empfangsantenne wiederum kann dadurch auftreffende THz-Strahlung unter Erzeugung eines starken Stromsignals nachgewiesen werden.
Die Elektroden und die Gegenelektroden der periodischen Elektrodenanordnung weisen jeweils eine konstante Breite derart auf, dass die Elektroden eine größere Breite aufweisen als die Gegenelektroden. Jedes Elektrodenpaar der periodischen Elektrodenanordnung besteht somit aus einer Elektrode und einer Gegenelektrode, wobei die Elektrode breiter ist als die Gegenelektrode. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass innerhalb der periodischen Elektrodenanordnung alle Elektroden dieselbe Breite aufweisen und alle Gegenelektroden dieselbe Breite aufweisen. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jede der Elektroden innerhalb der periodischen Elektrodenanordnung eine erste Breite aufweist und jede der Gegenelektroden innerhalb der periodischen Elektrodenanordnung eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite größer ist als die zweite Breite. Die Breite der Elektroden innerhalb der periodischen Elektrodenanordnung wird auch als Elektroden-Breite bezeichnet, die Breite der Gegenelektroden innerhalb der periodischen Elektrodenanordnung wird auch als Gegenelektroden-Breite bezeichnet.
Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige periodische Elektrodenanordnung mit abwechselnd angeordneten breiteren Elektroden und schmaleren Gegenelektroden eine effektive Erzeugung und Detektion von THz-Strahlung ermöglicht.
Indem die Gegenelektroden mit einer kleineren Breite ausgebildet und somit relativ schmal gehalten sind, kann der von den Gegenelektroden bedeckte Anteil der THz-Antenne gering gehalten werden, sodass mehr Platz für die photoaktiven Lücken und somit mehr Platz für die Absorption von Anregungs-Laserstrahlung unter Generation beweglicher Ladungsträger zur Verfügung steht, wodurch z.B. bei der Verwendung als THz-Sendeantenne der Anteil der in THz-Strahlung umgewandelten Laser-Anregungsenergie erhöht werden kann.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass die Leistung der THz-Antenne, insbesondere die THz-Emission der THz-Antenne, maßgeblich von der Breite der Elektroden abhängt. Indem die Elektroden mit einer größeren Breite ausgebildet sind, können die Elektroden als effektive Antennen zum Senden bzw. Empfangen von THz-Strahlung fungieren, sodass z.B. bei der Verwendung als THz-Sendeantenne die Erzeugung von THz-Strahlung nicht allein auf den beschleunigten elektrischen Ladungsträgern im photoleitfähigen Material beruht (bzw. auf dem elektrischen Dipol, der mit der Erzeugung von Elektronen und Löchern und deren räumlicher Trennung im elektrischen Feld zwischen Elektrode und Gegenelektrode einhergeht), sondern zusätzlich dazu auf dem elektrischen Strom, der mittels dieser Ladungsträger in den Elektroden hervorgerufen wird.
Es hat sich insbesondere herausgestellt, dass es für die verbesserte Antennenwirkung genügt, allein die Elektroden mit einer größeren Breite auszubilden, wohingegen eine zusätzliche Verbreiterung auch der Gegenelektroden keinen wesentliche Einfluss auf die Antennenwirkung hat. Somit können vorteilhaft die vorgenannten Vorteile der Erhöhung der für die optische Anregung zur Verfügung stehenden Fläche und der Verbesserung der Antennenwirkung miteinander kombiniert werden.
Durch die Ausbildung der Elektroden und Gegenelektroden als Streifenelektroden mit konstanter (entlang der Längsausdehnung gleichbleibender) Breite ist eine entlang der Längsausdehnung gleichbleibend hohe Antennenwirkung der Elektroden sichergestellt. Die entlang der Längsausdehnung gleichbleibende Breite ermöglicht zudem einen unkomplizierten Aufbau und eine einfache Herstellung der erfindungsgemäßen THz-Antennen, wobei die Herstellung z.B. mittels optischer Lithographie erfolgen kann und keine komplizierte und kostenintensive Elektronenstrahllithographie erfordert.
Die THz-Antenne weist mindestens in jeder photoaktiven Lücke innerhalb jedes Elektrodenpaares – und somit in jeder zweiten Lücke der periodischen Elektrodenanordnung – photoleitfähiges Material auf, wobei die THz-Antenne derart ausgebildet ist, dass das photoleitfähige Material in den photoaktiven Lücken von außerhalb der THz-Antenne unter Erzeugung von Elektronen und Löchern mit Anregungs-Laserstrahlung bestrahlbar ist.
Die Lücken zwischen benachbarten Elektrodenpaaren – und somit jede andere zweite Lücke der periodischen Elektrodenanordnung – werden auch als passive Lücken bzw. passive Gaps bezeichnet. Die THz-Antenne ist derart ausgebildet, dass bei Bestrahlung der THz-Antenne mit der Anregungs-Laserstrahlung in den passiven Lücken eine (wesentlich) geringere Anzahl photogenerierter beweglicher Ladungsträger erzeugt wird als in den photoaktiven Lücken, z.B. derart dass bei Bestrahlung der THz-Antenne mit der Anregungs-Laserstrahlung in den passiven Lücken überhaupt keine frei beweglichen Ladungsträger in Form von Elektronen und Löchern generiert werden. Dies kann auf unterschiedliche, an und für sich bekannte Art und Weise realisiert werden, sodass nachfolgend lediglich knapp hierauf eingegangen wird.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen weist die THz-Antenne auch in den passiven Lücken zwischen benachbarten Elektrodenpaaren photoleitfähiges Material auf. Gemäß anderen Ausführungsformen weist die THz-Antenne in den passiven Lücken zwischen benachbarten Elektrodenpaaren kein photoleitfähiges Material auf.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die THz-Antenne auch in den passiven Lücken zwischen benachbarten Elektrodenpaaren photoleitfähiges Material aufweist, und dass die THz-Antenne eine Abschirmschicht aufweist, mittels derer das photoleitfähige Material in den passiven Lücken (zumindest zu einer Seite hin) gegen den Einfall der Anregungs-Laserstrahlung abgeschirmt ist. Demgemäß kann z.B. vorgesehen sein, dass die THz-Antenne ein (durchgehendes) photoleitfähiges Substrat aufweist, wobei die Elektrodenanordnung aus den Elektroden und Gegenelektroden kontaktierend auf dem photoleitfähigen Substrat angeordnet ist, und wobei die Lücken bzw. Bereiche zwischen benachbarten Elektrodenpaaren oberhalb des photoleitfähigen Substrats von der Abschirmschicht bedeckt sind. Optional (z.B. bei Ausbildung der Abschirmschicht als metallische Schicht) kann die Abschirmschicht mittels einer elektrisch isolierenden Schicht von der Elektrodenanordnung und dem photoleitfähigen Substrat isoliert sein. Die Abschirmschicht ist eine für die Anregungs-Laserstrahlung undurchlässige Schicht, von der die Anregungs-Laserstrahlung geblockt wird. Die Abschirmschicht kann z.B. eine optisch undurchlässige Schicht sein.
Alternativ dazu kann die THz-Antenne z.B. derart ausgebildet sein, dass der Bereich zwischen benachbarten Elektrodenpaaren (d.h. der Bereich in den passiven Lücken) jeweils eine geringere Photoleitfähigkeit aufweist als der Bereich zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eines jeden Elektrodenpaares (d.h. der Bereich in den photoaktiven Lücken). Es kann z.B. vorgesehen sein, dass ein lateraler Bereich zwischen benachbarten Elektrodenpaaren nicht-photoleitfähig bzw. nicht-photoleitend ausgebildet ist, z.B. indem dieser Bereich frei von photoleitfähigem Material gehalten ist, z.B. indem in diesem Bereich überhaupt kein Material vorgesehen ist. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass benachbarte Elektrodenpaare in den passiven Lücken mittels eines Materialabschnitts miteinander verbunden sind, wobei dieser Materialabschnitt eine geringere Photoleitfähigkeit aufweist als der photoleitende bzw. photoleitfähige Abschnitt zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eines jeden Elektrodenpaares, z.B. indem dieser Materialabschnitt nicht durchgehend photoleitfähig ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass der gesamte Materialabschnitt aus nicht photoleitfähigem Material besteht.
Als weitere Alternative kann vorgesehen sein, dass die THz-Antenne eine Linsenanordnung aufweist, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass auf die THz-Antenne gerichtete Anregungs-Laserstrahlung von der Linsenanordnung allein auf die photoaktiven Lücken und von den passiven Lücken weg gelenkt wird.
Die THz-Antenne kann somit außer der periodischen Elektrodenanordnung eine zweite periodische Struktur bzw. Strukturierung aufweisen, welche die optische Anregung unter Photogeneration von Ladungsträgern ausschließlich (oder zumindest vorwiegend) in den photoaktiven Lücken – und somit in jeder zweiten Lücke der periodischen Elektrodenanordnung – zulässt, nicht jedoch in den passiven Lücken. Diese zweite periodische Struktur kann wie vorstehend erläutert z.B. eine periodische Anordnung von Abschirmschichtabschnitten derart sein, dass der Bereich zwischen benachbarten Elektrodenpaaren jeweils mittels eines Abschirmschichtabschnitts überdeckt ist und somit gegen das Eindringen von Anregungs-Laserstrahlung geschützt ist. Alternativ kann diese zweite periodische Struktur eine periodische Modifikation des photoleitenden Materials bzw. Substrats derart sein, dass die Photoleitfähigkeit in den photoaktiven Lücken größer ist als in den passiven Lücken, wobei die Photoleitfähigkeit in den passiven Lücken z.B. verschwindend klein sein kann. Eine derartige periodische Modifizierung kann z.B. mittels Ätzens, Schädigens oder Ionenbestrahlens eines photoleitenden Substrats im Bereich der passiven Lücken erzeugt werden. Als weitere Alternative kann die zweite periodische Struktur eine Linsenanordnung (z.B. ein Mikrolinsen-Array) sein, mittels derer die Anregungs-Laserstrahlung ausschließlich auf die photoaktiven Lücken gelenkt wird.
Ein Hauptaugenmerk der Erfindung liegt jedoch auf der Ausbildung der Elektroden und Gegenelektroden mit unterschiedlichen Breiten, worauf nachfolgend näher eingegangen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Elektroden-Breite mindestens fünf Mal so groß wie die Gegenelektroden-Breite, bevorzugt mindestens zehn Mal so groß. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass innerhalb der periodischen Elektrodenanordnung jede der Elektroden eine erste Breite aufweist und jede der Gegenelektroden eine zweite Breite aufweist, wobei die erste Breite mindestens das Fünffache (bevorzugt mindestens das Zehnfache) der zweiten Breite beträgt.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Elektroden-Breite einen (konstanten) Wert von mindestens 10 µm aufweist, bevorzugt von mindestens 30 µm, und/oder dass die Gegenelektroden-Breite einen (konstanten) Wert von maximal 5 µm aufweist, bevorzugt von maximal 2 µm.
Hinsichtlich der Elektroden kann z.B. vorgesehen sein, dass die Elektroden-Breite einen (konstanten) Wert aus dem Bereich von 10 µm bis 70 µm aufweist, bevorzugt aus dem Bereich von 20 µm bis 60 µm, besonders bevorzugt aus dem Bereich von 30 µm bis 50 µm. Die Elektroden-Breite kann z.B. 40 µm betragen, was sich als besonders effektiv herausgestellt hat.
Hinsichtlich der Gegenelektroden kann z.B. vorgesehen sein, dass die Gegenelektroden-Breite einen (konstanten) Wert aus dem Bereich von 0,2 µm bis 5 µm aufweist, bevorzugt aus dem Bereich von 0,5 µm bis 2 µm.
Hinsichtlich der Lücken kann die THz-Antenne z.B. derart ausgebildet sein, dass die Breite der photoaktiven Lücken und/oder die Breite der passiven Lücken einen (konstanten) Wert aus dem Bereich von 1 µm bis 10 µm aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass die Breite der photoaktiven Lücken gleich der Breite der passiven Lücken ist. Die THz-Antenne kann jedoch auch derart ausgebildet sein, dass die photoaktiven Lücken eine andere (insbesondere: größere) Breite aufweisen als die passiven Lücken. Die Breite der photoaktiven Lücken entspricht dabei dem Abstand zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode eines Elektrodenpaares, die Breite der passiven Lücken entspricht dem Abstand zweier benachbarter Elektrodenpaare.
Es hat sich herausgestellt, dass die vorgenannten Parameter eine besonders wirksame Erzeugung bzw. Detektion von THz-Strahlung ermöglichen, wobei die Leistung der THz-Antenne, insbesondere die Emission der THz-Sendeantenne, mit zunehmender Elektrodenbreite bis zu einem bestimmten Grenzwert von ca. 40 µm zunimmt und bei größeren Werten zunehmend in Sättigung übergeht. Diesbezüglich ist in Rechnung zu stellen, dass sich mit zunehmender Elektrodenbreite einerseits die Antennenwirkung der Elektrode vergrößert, andererseits jedoch die für die optische Anregung zur Verfügung stehende Fläche verkleinert. Mittels der vorgenannten Parameter ist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Maximierung der für den Eintrag der Anregungs-Laserstrahlung zur Verfügung stehenden Anregungsfläche einerseits und der Maximierung der Antennenwirkung andererseits ermöglicht, wodurch eine besonders effektive Erzeugung bzw. Detektion von THz-Strahlung ermöglicht ist.
Gemäß einer Ausführungsform besteht jede der Elektroden und/oder jede der Gegenelektroden der periodischen Elektrodenanordnung zumindest teilweise (d.h. teilweise oder vollständig) aus einer transparenten oder semitransparenten elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere aus einer für die Anregungs-Laserstrahlung transparenten oder semitransparenten Schicht. Die transparente oder semitransparente Schicht wird im Folgenden auch als durchlässige Schicht bezeichnet. Die durchlässige Schicht kann derart ausgebildet sein, dass sie sich für die abgestrahlte oder detektierte THz-Strahlung wie ein metallischer Reflektor verhält. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Elektroden und/oder Gegenelektroden derart mit der durchlässigen Schicht ausgebildet, dass die Elektroden bzw. Gegenelektroden im Bereich der durchlässigen Schicht transparent oder semitransparent sind, insbesondere für die Anregungs-Laserstrahlung. In dem Bereich der durchlässigen Schicht ist somit die Dicke der jeweiligen Elektrode bzw. Gegenelektrode gleich der Dicke der durchlässigen Schicht. Demgemäß können die Elektroden und/oder Gegenelektroden derart ausgebildet sein, dass in dem Bereich der durchlässigen Schicht die Anregungs-Laserstrahlung durch die Elektrode bzw. Gegenelektrode hindurchtreten kann. Demgemäß kann zumindest ein Teil der auf die Elektroden bzw. Gegenelektroden auftreffenden Anregungs-Laserstrahlung durch dieselben hindurchtreten und darunter angeordnetes photoleitfähiges Material optisch anregen, wodurch die Erzeugung und Detektion von THz-Strahlung zusätzlich unterstützt werden kann.
Die durchlässige Schicht kann z.B. eine semitransparente Metallschicht oder eine Schicht aus transparentem, elektrisch leitfähigem Oxid (auch als TCO-Schicht bezeichnet, wobei TCO für das englische „transparent conductive oxide“ steht) sein. Die TCO-Schicht kann z.B. eine Schicht aus Indiumzinnoxid (auch als ITO-Schicht bezeichnet, wobei ITO für das englische „indium tin oxide“ steht) oder eine Schicht aus Aluminium-Zink-Oxid (auch als AZO-Schicht bezeichnet, wobei AZO für das englische „aluminium doped zinc oxide“ steht) sein.
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die THz-Antenne zur Anregung mit Anregungs-Laserstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge (auch als Anregungs-Wellenlänge bezeichnet) vorgesehen ist, und dass jede der Elektroden und/oder jede der Gegenelektroden vollständig oder teilweise aus einer bei der Anregungswellenlänge transparenten oder semitransparenten Schicht besteht. Als Anregungs-Wellenlänge kann z.B. eine Wellenlänge aus dem Nahinfrarot-Bereich vorgesehen sein, z.B. eine Wellenlänge aus dem Bereich von 780 nm bis 3 µm. Als Anregungs-Wellenlänge kann z.B. eine Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 820 nm (insbesondere eine Wellenlänge von 800 nm) oder eine Wellenlänge im Bereich von 1500 nm bis 1600 nm (insbesondere eine Wellenlänge von 1550 nm vorgesehen) sein. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass jede der Elektroden und/oder jede der Gegenelektroden vollständig oder teilweise aus einer bei diesen Wellenlängen transparenten oder semitransparenten Schicht besteht.
Die durchlässige Schicht kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Intensität der Anregungs-Laserstrahlung sich beim Durchlaufen der durchlässigen Schicht (entlang deren Schichtdicke) um höchstens 50 % vermindert, z.B. um höchstens 25 %, bevorzugt um höchstens 10 %.
Die durchlässige Schicht kann zudem als Antireflexschicht ausgelegt bzw. ausgebildet sein, wodurch im optimalen Fall sogar ein höherer Eintrag an Anregungs-Laserstrahlung erfolgen kann als ohne Vorhandensein der durchlässigen Schicht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung (mindestens) eine THz-Antenne gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und eine Laserbestrahlungsvorrichtung aufweist. Die Laserbestrahlungsvorrichtung ist derart angeordnet und ausgebildet, dass von ihr die THz-Antenne unter Erzeugung beweglicher elektrischer Ladungsträger in dem photoleitfähigen Material mit Laserstrahlung bestrahlbar ist. Die Laserbestrahlungsvorrichtung ist derart angeordnet und ausgebildet, dass von ihr die THz-Antenne zur optischen Anregung mit Laserstrahlung einer vorgegebenen Wellenlänge (auch als Anregungs-Wellenlänge bezeichnet) bestrahlbar ist, wobei die Photonenenergie der Laserstrahlung größer ist als die Bandlücke des photoleitfähigen Materials der THz-Antenne. Die THz-Antenne kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass jede der Elektroden und/oder jede der Gegenelektroden der Elektrodenanordnung der THz-Antenne wie vorstehend näher erläutert vollständig oder teilweise aus einer bei der Anregungs-Wellenlänge transparenten oder semitransparenten Schicht besteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der THz-Antenne ist dieselbe zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung einer vorgegebenen Peakwellenlänge vorgesehen, wobei die Breite der Elektroden 0,2 bis 0,4 Mal der Peakwellenlänge beträgt. Die Peakwellenlänge bezeichnet diejenige Wellenlänge, bei der die THz-Antenne ihre maximale Sende- bzw. Empfangsleistung aufweist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die THz-Antenne zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge (auch als Sendewellenlänge bzw. Empfangswellenlänge bezeichnet) vorgesehen ist, wobei die Breite der Elektroden 0,2 bis 0,4 Mal der vorgegebenen Wellenlänge beträgt. Gemäß dieser Ausführung weist die Elektroden-Breite also einen (konstanten) Wert aus dem Bereich von 20 % bis 40 % der Peakwellenlänge bzw. der vorgegebenen Wellenlänge auf. Dadurch ist eine besonders effektive Erzeugung und Detektion von THz-Strahlung ermöglicht, insbesondere eine besonders effektive Antennenwirkung der Elektroden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird dementsprechend eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung mit einer vorgegebenen Peakwellenlänge bzw. einer vorgegebenen Wellenlänge bereitgestellt, wobei die Vorrichtung (mindestens) eine THz-Antenne gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen derart aufweist, dass die Elektroden-Breite 0,2 bis 0,4 Mal der Peakwellenlänge bzw. der vorgegebenen Wellenlänge beträgt.
Bei optischer Anregung der THz-Antenne mit Laserpulsen einer vorgegebenen Laserpulsdauer (Pulsanregung) entspricht bei Verwendung als Sendeantenne im Wesentlichen das Inverse der Laserpulsdauer der maximalen THz-Abstrahlfrequenz bzw. Grenzfrequenz der THz-Antenne. Bei optischer Anregung der THz-Antenne mittels zweier Laser mit unterschiedlichen Frequenzen (Dauerstrich-Anregung), wobei die (betragsmäßige) Differenz der beiden Laserfrequenzen auch als Differenzfrequenz bezeichnet wird, entspricht bei Verwendung als Sendeantenne im Wesentlichen die Differenzfrequenz der THz-Abstrahlfrequenz der THz-Antenne. Analoges gilt hinsichtlich der Verwendung der THz-Antenne als Empfangsantenne.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird dementsprechend eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung (mindestens) eine THz-Antenne gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und eine Laserbestrahlungsvorrichtung zum optischen Anregen der THz-Antenne aufweist. Gemäß dem vorliegenden Aspekt ist die Laserbestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen der THz-Antenne mit Anregungs-Laserstrahlung zweier unterschiedlicher Frequenzen ausgebildet, wobei die beiden Frequenzen der Laserstrahlung eine auch als Differenzfrequenz bezeichnete Frequenzdifferenz aufweisen. Gemäß dem vorliegenden Aspekt beträgt die Elektroden-Breite 20% bis 40% der Wellenlänge, die elektromagnetische Strahlung mit dieser Differenzfrequenz (z.B. im Vakuum oder in Luft) aufweist. Mit anderen Worten weist gemäß diesem Aspekt die Breite der Elektroden einen Wert auf, der 20% bis 40% der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung, deren Frequenz der (betragsmäßigen) Differenz der beiden Laserfrequenzen entspricht, beträgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung (mindestens) eine THz-Antenne gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und eine Laserbestrahlungsvorrichtung zum optischen Anregen der THz-Antenne aufweist. Gemäß dem vorliegenden Aspekt ist die Laserbestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen der THz-Antenne mit gepulster Laserstrahlung mit Laserpulsen einer vorgegebenen Pulsdauer ausgebildet, wobei das Inverse der Pulsdauer als Grenzfrequenz bezeichnet wird. Die optimale Abstrahlfrequenz ist ungefähr um einen Faktor 3 bis 5 kleiner als die Grenzfrequenz, sodass die optimale Abstrahlwellenlänge ungefähr um einen Faktor von 3 bis 5 größer ist als die der Grenzfrequenz entsprechende Grenzwellenlänge. Eine Ausbildung der Elektroden mit einer Breite von 0,2 bis 0,4 Mal der Abstrahlwellenlänge entspricht somit einer Ausbildung der Elektroden mit einer Breite von 0,6 bis 2 Mal der Grenzwellenlänge. Analoges gilt für die Verwendung der THz-Antenne als Empfangsantenne. Gemäß dem vorliegenden Aspekt beträgt die Breite der Elektroden 60% bis 200% der Wellenlänge, die elektromagnetische Strahlung mit dieser Grenzfrequenz (z.B. im Vakuum oder in Luft) aufweist. Mit anderen Worten weist gemäß diesem Aspekt die Elektroden-Breite einen Wert auf, der 60% bis 200% der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung, deren Frequenz dem Inversen der Pulsdauer der Laserpulse entspricht, beträgt.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung können zusätzlich zu der Laserbestrahlungsvorrichtung in bekannter Weise eine Spannungsquelle zum gegenpoligen Vorspannen der Elektroden und Gegenelektroden (für die Sendevorrichtung) bzw. einen Strommesser zum Erfassen des zwischen den Elektroden und Gegenelektroden fließenden elektrischen Stromes (für die Empfangsvorrichtung) aufweisen, worauf jedoch vorliegend nicht näher eingegangen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Senden von THz-Strahlung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung (mindestens) eine THz-Antenne gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer elektrischen Spannung (z.B. einer elektrischen Gleichspannung) zwischen die Elektroden einerseits und die Gegenelektroden andererseits aufweist. Die Spannungsquelle ist mit der Elektrodenanordnung verbunden und zum Anlegen einer Spannung zwischen die Elektroden und die Gegenelektroden derart ausgebildet, dass die Elektroden auf einem anderen elektrischen Potential liegen als die Gegenelektroden (wobei alle Elektroden auf einem gemeinsamen ersten elektrischen Potential und alle Gegenelektroden auf einem gemeinsamen zweiten elektrischen Potential liegen). Bei Ausbildung der Elektroden als Abschnitte einer ersten Hauptelektrode (z.B. als Fingerabschnitte einer ersten Fingerelektrode) und Ausbildung der Gegenelektroden als Abschnitte einer zweiten Hauptelektrode (z.B. als Fingerabschnitte einer zweiten Fingerelektrode) kann z.B. die erste Hauptelektrode mit dem ersten Pol der Spannungsquelle verbunden sein und die zweite Hauptelektrode mit dem zweiten Pol der Spannungsquelle verbunden sein. Die Spannungsquelle kann z.B. zum Bereitstellen einer Gleichspannung und Anlegen der Gleichspannung zwischen die Elektroden einerseits und die Gegenelektroden andererseits ausgebildet sein. Als ein anderes Beispiel kann die Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Rechteckspannung und Anlegen der Rechteckspannung zwischen die Elektroden einerseits und die Gegenelektroden andererseits ausgebildet sein. Bei Verwendung einer Rechteckspannung kann z.B. deren Modulation als Referenz für eine Lock-In Detektion dienen, zudem lässt sich dadurch (insbesondere beim Betrieb mit verstärken Lasern mit 1–300 kHz Pulswiederholfrequenz) eine Reduzierung der aufgrund des Dunkelstroms wirkungslos dissipierten Leistung erzielen.
Die Spannungsquelle ist zum gegenpoligen Vorspannen der Elektroden und Gegenelektroden vorgesehen. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die (breiteren) Elektroden mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden sind und die (schmaleren) Gegenelektroden mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden sind, sodass die Elektroden als Anode und die Gegenelektroden als Kathode fungieren. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die (breiteren) Elektroden mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden sind und die (schmaleren) Gegenelektroden mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden sind, sodass die Elektroden als Kathode und die Gegenelektroden als Anode fungieren. Mittels der durch die Spannungsquelle bereitgestellten Spannung sind die in dem photoleitfähigen Material der THz-Antenne generierten elektrischen Ladungsträger beschleunigbar.
Das photoleitende bzw. photoleitfähige Material kann ein Halbleitermaterial sein. Neben der Gestaltung der Elektrodenanordnung kann die Wahl des Halbleitermaterials entscheidend für die Leistungsfähigkeit der THz-Antenne sein. Diesbezüglich kann als Halbleitermaterial z.B. Gallium-Arsenid (GaAs) verwendet werden. Aufgrund seiner Eigenschaften (hohe Elektronenbeweglichkeit, hoher Widerstand, hohe Durchbruchfeldstärke) ist GaAs gut geeignet für den Betrieb mit hohen elektrischen Feldern geeignet. Je nach Ausführung und Anwendungsbereich der THz-Antenne (THz-Feldstärke, THz-Bandbreite) ist z.B. herkömmliches semi-isolierendes GaAs (SI-GaAs, englisch für „semi-insulating GaAs“) oder tieftemperaturgewachsenes GaAs (LT-GaAs, englisch für low-temperature grown GaAs) mit einer kurzen Ladungsträgerlebensdauer besser geeignet und kann als Halbleitermaterial vorgesehen sein. Statt LT-GaAs kann auch GaAs verwendet werden, das Ionenbeschuss ausgesetzt wurde, um kurze Ladungsträgerlebensdauern zu erzielen. Mit einer Bandlücke von 1,4 eV ist GaAs gut geeignet für die Anregung mit einem Titan:Saphir-Laser (Wellenlänge 800 nm). Alternativ kommen Faseroptiken, die bei einer Wellenlänge von 1550 nm arbeiten, zur optischen Anregung der photoleitenden THz-Antenne in Betracht, insbesondere da sie kompakt und preiswert sind sowie unkompliziert betrieben werden können. Eine Wellenlänge von 1550 nm erfordert photoleitende Materialien bzw. Halbleitermaterialien mit einer dementsprechend kleinen Bandlücke, um eine optische Anregung unter Photogeneration von beweglichen Ladungsträgern zu ermöglichen. In diesem Fall kann z.B. GaAs als photoleitendes Material ungeeignet sein. Das photoleitende Material kann in diesem Fall z.B. Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Indiumarsenid (InAs), oder Germanium sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das photoleitfähige Material ein Halbleitermaterial, dessen Elektronenbeweglichkeit anders (d.h. größer oder kleiner) ist als dessen Löcherbeweglichkeit. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist in dem Fall, dass die Elektronenbeweglichkeit größer ist als die Löcherbeweglichkeit, die Spannungsquelle derart ausgebildet und mit der Elektrodenanordnung verbunden, dass von ihr die (breiteren) Elektroden mit einem höheren elektrischen Potential beaufschlagt werden als die (schmaleren) Gegenelektroden, d.h. die Elektroden sind mit dem positiven Pol und die Gegenelektroden mit dem negativen Pol der Spannungsquelle verbunden. In dem Fall, dass die Elektronenbeweglichkeit kleiner ist als die Löcherbeweglichkeit, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Spannungsquelle derart ausgebildet und mit der Elektrodenanordnung verbunden, dass von ihr die (breiteren) Elektroden mit einem niedrigeren elektrischen Potential beaufschlagt werden als die (schmaleren) Gegenelektroden, d.h. die Elektroden sind mit dem negativen Pol und die Gegenelektroden mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden. Die THz-Antenne kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass sich die Elektronenbeweglichkeit und die Löcherbeweglichkeit um einen Faktor von mindestens 5 (fünf), bevorzugt um einen Faktor von mindestens 10 (zehn) unterscheiden.
Indem die breiteren Elektroden mit dem Pol verbunden werden, der für die Ladungsträger mit der größeren Beweglichkeit elektrisch anziehend ist, kann die THz-Abstrahlung bzw. THz-Detektion weiter verbessert werden.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen zum Senden von THz-Strahlung können zusätzlich zu der Spannungsquelle in bekannter Weise eine Laserbestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen und optischen Anregen der THz-Antenne unter Erzeugung beweglicher elektrischer Ladungsträger in dem photoleitfähigen Material aufweisen, worauf jedoch vorliegend nicht näher eingegangen wird.
Die THz-Antenne kann z.B. derart ausgebildet sein, dass die periodische Elektrodenanordnung mit den Elektroden und den Gegenelektroden eine Fläche von 1 mm² bis 1000 mm² überdeckt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, hierbei zeigen schematisch:
1 eine Vorrichtung zum Erzeugen und Senden von THz-Strahlung mit einer THz-Antenne gemäß einer Ausführungsform in Draufsicht, und
2 eine Querschnittsdarstellung der THz-Antenne nach 1 unter optischer Anregung.
Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 1 zum Erzeugen und Senden von THz-Strahlung mit einer THz-Antenne 3 gemäß einer Ausführungsform. Die Vorrichtung 1 wird auch als THz-Sender 1 oder THz-Strahlungsquelle 1 bezeichnet. Die THz-Strahlungsquelle 1 weist die THz-Antenne 3, eine Spannungsquelle 5 und eine Laserbestrahlungsvorrichtung 7 auf. 1 zeigt die THz-Antenne 3 in einer schematischen Draufsicht zusammen mit der Spannungsquelle 5. 2 zeigt die THz-Antenne 3 in einem schematischen Querschnitt zusammen mit der Laserbestrahlungsvorrichtung 7.
Die THz-Antenne 3 weist eine periodische Elektrodenanordnung aus mehreren streifenförmigen Elektroden 9 und mehreren streifenförmigen Gegenelektroden 11 auf. Die THz-Antenne 3 weist zudem photoleitfähiges Material in Form eines Halbleitersubstrats 13 auf. Das Halbleitersubstrat 13 ist elektrisch halbleitend und besteht vorliegend als Beispiel aus Galliumarsenid (GaAs). Die Elektroden 9 und die Gegenelektroden 11 sind elektrisch leitfähig und bestehen vorliegend als Beispiel aus Metall. Die Elektroden 9 und die Gegenelektroden 11 sind im Kontakt zu dem Halbleitersubstrat 13 auf demselben angeordnet.
Die Elektroden 9 und die Gegenelektroden 11 sind jeweils in einem Abstand zueinander unter Ausbildung der periodischen Elektrodenanordnung abwechselnd und parallel zueinander angeordnet. Gemäß den 1 und 2 verläuft die Längsrichtung jeder Elektrode 9 und jeder Gegenelektrode 11 entlang der y-Richtung, die Quer- bzw. Breitenrichtung jeder Elektrode 9 und jeder Gegenelektrode 11 entlang der x-Richtung, und die Dicken- bzw. Höhenrichtung jeder Elektrode 9 und jeder Gegenelektrode 11 entlang der z-Richtung des in den Figuren dargestellten xyz-Koordinatensystems. Die Elektrodenanordnung ist entlang einer Periodizitätsrichtung räumlich periodisch, wobei die Periodizitätsrichtung vorliegend durch die x-Richtung gegeben ist. Die Längsrichtung der Elektroden 9 und Gegenelektroden 11 verläuft somit senkrecht zu der Periodizitätsrichtung, die Querrichtung der Elektroden 9 und Gegenelektroden 11 verläuft parallel zu der Periodizitätsrichtung. Die Elektroden 9 und Gegenelektroden 11 sind ineinandergreifend angeordnet. Vorliegend sind als Beispiel die Elektroden 9 durch die Fingerabschnitte einer ersten Fingerelektrode 15 und die Gegenelektroden durch die Fingerabschnitte einer zweiten Fingerelektrode 17 gebildet, wobei die erste 15 und die zweite 17 Fingerelektrode unter Ausbildung der periodischen Elektrodenanordnung ineinandergreifend angeordnet sind.
Jeweils eine der Elektroden 9 und die in der Periodizitätsrichtung (positive x-Richtung) benachbarte Gegenelektrode 11 definieren ein Elektrodenpaar 19. Gemäß den Figuren besteht die Elektrodenanordnung somit als Beispiel aus vier Elektroden 9 und vier Gegenelektroden 11, die abwechselnd angeordnet sind, bzw. aus vier entlang der Periodizitätsrichtung nacheinander angeordneten Elektrodenpaaren 19. Die Elektrode 9 und die Gegenelektrode 11 eines jeden Elektrodenpaares 19 sind somit mittels eines dazwischenliegenden Abschnitts des photoleitfähigen Halbleitersubstrats 13 miteinander verbunden.
Jede der Elektroden 9 und jede der Gegenelektroden 11 weist eine konstante Breite auf. Vorliegend ist als Beispiel jede der Elektroden 9 mit einer ersten Breite b_E und jede der Gegenelektroden 11 mit einer zweiten Breite b_G ausgebildet. Jede der Elektroden 9 ist somit derart ausgebildet, dass die Breite b_G der Elektrode 9 entlang der durch die y-Richtung gegebenen Längsrichtung der Elektrode 9 nicht variiert (Analoges gilt für die Gegenelektroden 11). Die Breite bezeichnet die Ausdehnung der Elektroden bzw. Gegenelektroden entlang deren Breitenrichtung (x-Richtung) und die Länge bezeichnet die Ausdehnung der Elektroden bzw. Gegenelektroden entlang deren Längsrichtung (y-Richtung).
Die THz-Antenne 3 ist als Beispiel derart ausgebildet, dass die Elektroden-Breite b_E mindestens das Fünffache der Gegenelektroden-Breite b_G beträgt (b_E ≥ 5 b_G). Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Elektroden-Breite b_E einen Wert von mindestens 10 µm aufweist (z.B. einen Wert von 10 µm bis 70 µm, bevorzugt von 20 µm bis 60 µm, besonders bevorzugt von 30 µm bis 50 µm) und die Gegenelektroden-Breite b_G einen Wert von maximal 5 µm aufweist (z.B. einen Wert von 0,2 µm bis 5 µm, bevorzugt von 0,5 µm bis 2 µm).
Vorliegend weist als Beispiel die Elektroden-Breite b_E einen Wert von 40 µm (b_E = 40 µm) und die Gegenelektroden-Breite b_G einen Wert von 1 µm auf (b_G = 1 µm) auf, sodass die Elektroden-Breite b_E das 40-Fache der Gegenelektroden-Breite b_G beträgt (b_E = 40 b_G).
Die Laserbestrahlungsvorrichtung 7 ist derart angeordnet und ausgebildet, dass von ihr die THz-Antenne 3 derart mit Anregungs-Laserstrahlung 25 bestrahlbar ist, dass in denjenigen Bereichen, in denen die Anregungs-Laserstrahlung 25 auf das photoleitfähige Halbleitersubstrat 13 auftrifft, eine optische Anregung unter Erzeugung von beweglichen elektrischen Ladungsträgern in Form von Elektronen und Löchern in dem Halbleitersubstrat 13 erfolgt (nicht dargestellt). Zwischen benachbarten Elektroden 9 und Gegenelektroden 11 besteht jeweils ein Abstand bzw. eine Lücke. Die Lücken zwischen der Elektrode 9 und der Gegenelektrode 11 eines Elektrodenpaares 19 werden jeweils als photoaktive Lücke 21 bezeichnet, die Lücken zwischen benachbarten Elektrodenpaaren 19 werden jeweils als passive Lücke 23 bezeichnet.
Die Breite g_A der photoaktiven Lücken 21 und die Breite g_P der passiven Lücken 23 kann z.B. jeweils einen Wert aus dem Bereich von 1 µm bis 10 µm aufweisen. Die THz-Antenne 3 kann derart ausgebildet sein, dass die Breite g_A der photoaktiven Lücken 21 gleich der Breite g_P der passiven Lücken 23 ist. Die THz-Antenne 3 kann jedoch auch derart ausgebildet sein, dass die Breite g_A der photoaktiven Lücken 21 einen anderen (insbesondere: größeren) Wert aufweist als die Breite g_P der passiven Lücken 23. Vorliegend beträgt als Beispiel sowohl die Breite g_A der photoaktiven Lücken als auch die Breite g_P der passiven Lücken 5 µm.
In den photoaktiven Lücken 21 ist das Halbleitersubstrat 13 nach außen hin bloßliegend, d.h. in diesem Bereich ist die Oberfläche des Halbleitersubstrats 13 unbedeckt, sodass in diesem Bereich Anregungs-Laserstrahlung 25 auf das Halbleitersubstrat 13 auftreffen und in demselben bewegliche elektrische Ladungsträger generieren kann.
In den passiven Lücken 23 ist das Halbleitersubstrat 13 jeweils mittels einer Abschirmschicht 27 gegen das Auftreffen von Anregungs-Laserstrahlung 25 abgeschirmt. Demgemäß weist die THz-Antenne 3 vorliegend als Beispiel eine aus mehreren Abschirmschichtabschnitten bestehende Abschirmschicht 27 auf, welche die Bereiche bzw. Lücken 23 zwischen benachbarten Elektrodenpaaren 19 überdeckt.
Die THz-Antenne 3 weist eine zum Einfall der Anregungs-Laserstrahlung 25 vorgesehene Anregungs-Seite 29 auf, die beim Betreiben der THz-Antenne 3 der Laserbestrahlungsvorrichtung 7 zugewandt ist. Vorliegend sind die Elektroden 9 und die Gegenelektroden 11 an der Anregungs-Seite 29 der THz-Antenne 3 angeordnet. Die Abschirmschicht 27 ist an der Anregungs-Seite 29 der THz-Antenne oberhalb des Halbleitersubstrats 13 derart angeordnet, dass von ihr die Bereiche zwischen benachbarten Elektrodenpaaren 19 derart überdeckt sind, dass in diesen Bereichen auftreffende Anregungs-Laserstrahlung 25 von der Abschirmschicht 27 geblockt (z.B. absorbiert und/oder reflektiert) wird. Somit kann in den passiven Lücken 23 keine Anregungs-Laserstrahlung 25 auf das Halbleitersubstrat 13 treffen, sodass im Bereich der passiven Lücken 23 auch keine photogenerierten beweglichen elektrischen Ladungsträger in dem Halbleitersubstrat 13 erzeugt werden. Die Abschirmschicht 27 ist eine (optisch) undurchlässige Schicht, die für die Anregungs-Laserstrahlung 25 undurchlässig ist. Vorliegend ist die Abschirmschicht 27 als Beispiel eine Metallschicht, wobei die metallische Abschirmschicht 27 mittels einer elektrisch isolierenden Isolationsschicht 31 von den Elektroden 9 und Gegenelektroden 11 getrennt und elektrisch isoliert ist.
Somit werden bei Bestrahlung der THz-Antenne 3 mit der Anregungs-Laserstrahlung 25 ausschließlich in den photoaktiven Lücken 21 elektrisch bewegliche Ladungsträger erzeugt, nicht jedoch in den passiven Lücken 23.
Die Elektroden 9 und die Gegenelektroden 11 können (teilweise oder vollständig) aus einer optisch durchlässigen Schicht bestehen, die für die Anregungs-Laserstrahlung 25 transparent oder semitransparent ist, sodass zumindest ein Teil der auf die Elektroden 9 und Gegenelektroden 11 auftreffenden Anregungs-Laserstrahlung 25 durch dieselben hindurchtreten kann und in den darunter liegenden Bereichen des Halbleitersubstrats 13 bewegliche Ladungsträger generieren kann. Die durchlässige Schicht kann z.B. eine semitransparente Metallschicht sein, die für die Anregungs-Laserstrahlung semitransparent ist. Alternativ kann die durchlässige Schicht z.B. eine Indiumzinnoxidschicht sein. Die durchlässige Schicht kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Intensität der Anregungs-Laserstrahlung sich beim Durchlaufen der durchlässigen Schicht (entlang deren Schichtdicke) um höchstens 50 % vermindert, z.B. um höchstens 25 %, bevorzugt um höchstens 10 %.
Die THz-Strahlungsquelle 1 und die THz-Antenne 3 können z.B. zum Senden von THz-Strahlung mit einer Peak-Wellenlänge von 120 µm vorgesehen sein, z.B. zum Senden von THz-Strahlung einer Wellenlänge von 120 µm (was einer Frequenz von ca. 2,5 THz entspricht). Demgemäß beträgt die Elektroden-Breite b_E in diesem Fall 1/3 der Wellenlänge von 120 µm (sodass die Elektroden-Breite b_E einen Wert aus dem Bereich von 0,2 bis 0,4 Mal der Peakwellenlänge bzw. vorgegebenen Wellenlänge aufweist).
Die Laserbestrahlungsvorrichtung 7 kann z.B. zur Dauerstrich-Anregung der THz-Antenne 3 mittels Bestrahlens der THz-Antenne 3 mit Anregungs-Laserstrahlung 25 zweier unterschiedlicher Frequenzen ausgebildet sein, wobei die beiden Laserstrahlungsfrequenzen eine auch als Differenzfrequenz bezeichnete Frequenzdifferenz aufweisen. Die Laserbestrahlungsvorrichtung 7 kann z.B. zum Bestrahlen der THz-Antenne mit Anregungs-Laserstrahlung 25 zweier unterschiedlicher Laserfrequenzen derart ausgebildet, dass die Differenz der beiden Laserfrequenzen 2,5 THz beträgt, was (im Vakuum) einer Wellenlänge von ca. 120 µm entspricht. In diesem Fall entspricht die Elektroden-Breite b_E von 40 µm einem Wert von 1/3 der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung mit der Differenzfrequenz.
Als ein anderes Beispiel kann die Laserbestrahlungsvorrichtung 7 zur Pulsanregung der THz-Antenne 3 mittels Bestrahlens der THz-Antenne 3 mit Laserpulsen einer vorgegebenen Laserfrequenz und Pulsdauer ausgebildet sein. Die Laserbestrahlungsvorrichtung 7 kann z.B. zum Bestrahlen der THz-Antenne mit Laserpulsen mit einer Pulsdauer von 100 fs ausgebildet sein. In diesem Fall entspricht das Inverse der Pulsdauer einer Grenzfrequenz von 10 THz und somit einer Wellenlänge von 30 µm, bzw. einer optimalen Abstrahlwellenlänge von 90–150 µm. In diesem Fall entspricht die Elektroden-Breite b_E von 40 µm somit einem Wert von 4/3 der Wellenlänge von elektromagnetischer Strahlung mit der Grenzfrequenz.
Die THz-Strahlungsquelle 1 weist zusätzlich zu der Laserbestrahlungsvorrichtung 7 die Spannungsquelle 5 auf. Die Spannungsquelle 5 ist zum Bereitstellen einer elektrischen Gleichspannung ausgebildet. Die Spannungsquelle 5 ist derart mit der Elektrodenanordnung verbunden, dass der positive Pol der Spannungsquelle 5 mit der ersten Fingerelektrode 15 und der negative Pol der Spannungsquelle mit der zweiten Fingerelektrode 17 verbunden ist. Somit sind die breiteren Elektroden 9 mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 5 verbunden und fungieren als Anoden, wohingegen die schmaleren Gegenelektroden 11 mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 5 verbunden sind und als Kathoden fungieren. In dem Material GaAs des Halbleitersubstrats 13 ist die Elektronenbeweglichkeit wesentlich höher als die Löcherbeweglichkeit. Die Elektrodenanordnung ist somit derart mit der Spannungsquelle 5 verbunden, dass die breiteren Elektroden 9 mit dem elektrischen Pol (nämlich dem positiven Pol) verbunden ist, der für die Ladungsträger mit der größeren Ladungsträgerbeweglichkeit (nämlich die Elektronen) anziehend ist.
Beim Betreiben der THz-Strahlungsquelle 1 wird die THz-Antenne 3 von der Laserbestrahlungsvorrichtung 7 mit der Anregungs-Laserstrahlung 25 bestrahlt, wodurch im Bereich der photoaktiven Lücken 23 bewegliche elektrische Ladungsträger in dem photoleitfähigen Halbleitersubstrat 13 generiert werden. Beim Betreiben der THz-Strahlungsquelle 1 werden zudem mittels der Spannungsquelle 5 die breiteren Elektroden 9 mit einem höheren elektrischen Potential beaufschlagt als die schmaleren Gegenelektroden 11, sodass in dem Halbleitersubstrat 13 ein von den Elektroden 9 zu den jeweils benachbarten Gegenelektroden 11 gerichtetes elektrisches Feld 33 generiert wird (in 2 mittels der Pfeile 33 veranschaulicht, wobei die Pfeilrichtung der Richtung des elektrischen Feldes entspricht). Die photogenerierten Elektronen und Löcher in dem Halbleitersubstrat 13 werden mittels dieses elektrischen Feldes getrennt und beschleunigt, wobei aufgrund des dadurch in den (als metallische Antennen wirkenden) Elektroden 9 hervorgerufenen elektrischen Stromes und aufgrund der Beschleunigung der Ladungsträger THz-Strahlung emittiert erzeugt und emittiert wird. Da lediglich in den photoaktiven Lücken 23 bewegliche Ladungsträger generiert werden und das elektrische Feld 33 in diesen Lücken stets ein und dieselbe Richtung aufweist, ist eine konstruktive Interferenz der erzeugten THz-Strahlung im Fernfeld ermöglicht.
Auch wenn die Funktionalität der THz-Antenne vorliegend nur für deren Verwendung als THz-Sendeantenne im Zusammenhang mit der THz-Strahlungsquelle 1 beschrieben wurde, gelten die Ausführungen analog für die Verwendung der THz-Antenne 3 als THz-Empfangsantenne.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Senden von THz-Strahlung / THz-Strahlungsquelle
3: THz-Antenne / THz-Sendeantenne
5: Spannungsquelle
7: Laserbestrahlungsvorrichtung
9: Elektroden / Anoden
11: Gegenelektroden / Kathoden
13: photoleitfähiges Material / Halbleitersubstrat
15: erste Hauptelektrode / erste Fingerelektrode
17: zweite Hauptelektrode / zweite Fingerelektrode
19: Elektrodenpaar
21: photoaktive Lücke / Lücke innerhalb eines Elektrodenpaares
23: passive Lücke / Lücke zwischen benachbarten Elektrodenpaaren
25: Anregungs-Laserstrahlung
27: Abschirmschicht / undurchlässige Schicht
29: Anregungs-Seite der THz-Antenne
31: elektrisch isolierende Isolationsschicht
33: elektrisches Feld
b_E: erste Breite / Elektroden-Breite
b_G: zweite Breite / Gegenelektroden-Breite
g_A: Breite der photoaktiven Lücken
g_P: Breite der passiven Lücken

Claims

THz-Antenne (3), aufweisend: – eine periodische Elektrodenanordnung mit mehreren streifenförmigen Elektroden (9) und mehreren streifenförmigen Gegenelektroden (11), die abwechselnd und parallel zueinander angeordnet sind, – wobei jeweils eine der Elektroden (9) und die in einer vorgegebenen Richtung (x-Richtung) benachbarte Gegenelektrode (11) ein Elektrodenpaar (19) definieren, – wobei die Elektrode (9) und die Gegenelektrode (11) jedes der Elektrodenpaare (19) mittels photoleitfähigen Materials (13) miteinander verbunden sind, und – wobei jede der Elektroden (9) und jede der Gegenelektroden (11) der periodischen Elektrodenanordnung eine konstante Breite (b_E, b_G) aufweist, wobei die Breite (b_E) der Elektroden größer ist als die Breite (b_G) der Gegenelektroden.
THz-Antenne nach Anspruch 1, wobei die Breite (b_E) der Elektroden (9) mindestens fünf Mal so groß ist wie die Breite (b_G) der Gegenelektroden (11).
THz-Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Breite (b_E) der Elektroden (9) einen Wert von mindestens 10 µm aufweist.
THz-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Breite (b_E) der Elektroden (9) einen Wert aus dem Bereich von 10 µm bis 70 µm aufweist.
THz-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Breite (b_G) der Gegenelektroden (11) einen Wert von höchstens 5 µm aufweist.
THz-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Breite (b_G) der Gegenelektroden (11) einen Wert aus dem Bereich von 0,2 µm bis 5 µm aufweist.
THz-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede der Elektroden (9) und/oder jede der Gegenelektroden (11) zumindest teilweise aus einer transparenten oder semitransparenten elektrisch leitfähigen Schicht besteht.
THz-Antenne nach Anspruch 7, wobei die Schicht aus transparentem, elektrisch leitfähigem Oxid besteht.
THz-Antenne nach Anspruch 7, wobei die Schicht eine semitransparente Metallschicht ist.
THz-Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Senden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung einer vorgegebenen Peakwellenlänge, wobei die Breite (b_E) der Elektroden (9) 20% bis 40% der Peakwellenlänge beträgt.
Vorrichtung (1) zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung, aufweisend: – mindestens eine THz-Antenne (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, und – eine Laserbestrahlungsvorrichtung (7) zum Bestrahlen der THz-Antenne (3) mit Laserstrahlung (25) unter Erzeugung beweglicher elektrischer Ladungsträger in dem photoleitfähigen Material (13) der THz-Antenne (3).
Vorrichtung nach Anspruch 11, – wobei die Laserbestrahlungsvorrichtung (7) zum Bestrahlen der THz-Antenne (3) mit Laserstrahlung (25) einer vorgegebenen Anregungs-Wellenlänge ausgebildet ist, und – wobei jede der Elektroden (9) und/oder jede der Gegenelektroden (11) der THz-Antenne (3) zumindest teilweise aus einer bei der Anregungs-Wellenlänge transparenten oder semitransparenten Schicht besteht.
Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen von THz-Strahlung mit einer vorgegebenen Peakwellenlänge, aufweisend: – mindestens eine THz-Antenne (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Breite (b_E) der Elektroden der THz-Antenne 20% bis 40% der Peakwellenlänge beträgt.
Vorrichtung (1) zum Senden von THz-Strahlung, aufweisend: – mindestens eine THz-Antenne (3) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, und – eine Spannungsquelle (5) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen die Elektroden (9) der THz-Antenne einerseits und die Gegenelektroden (11) der THz-Antenne andererseits.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das photoleitfähige Material (13) der THz-Antenne (3) ein Halbleitermaterial ist, dessen Elektronenbeweglichkeit einen anderen Wert aufweist als dessen Löcherbeweglichkeit, und wobei die Spannungsquelle (5) derart mit der Elektrodenanordnung verbunden und ausgebildet ist, dass von ihr die Elektroden (9) mit einem höheren elektrischen Potential beaufschlagt werden als die Gegenelektroden (11), falls die Elektronenbeweglichkeit größer ist als die Löcherbeweglichkeit, und dass von ihr die Elektroden (9) mit einem niedrigeren elektrischen Potential beaufschlagt werden als die Gegenelektroden (11), falls die Elektronenbeweglichkeit kleiner ist als die Löcherbeweglichkeit.