JP2013513799A - テラヘルツおよびギガヘルツ固体ミニチュア分光計 - Google Patents
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Abstract
Description
1. 入射放射線は、ポテンシャルプローブに、および/または、電荷担体層に、および/または、アンテナ構造に結合し、それにより、それらの上に交流電圧を導入する。
2.交流電圧は、プラスマ波を誘導し、それは調整可能なプラズモン・キャビティにおいて伝播して、共鳴する。キャビティは、境界によって制限される結晶上の領域を表し、プラズモン分散の境界はステップを経験する。キャビティは、そのパラメータ(例えば、担体密度)のうちの少なくとも1つの連続制御可能な調整(すなわち、スィープ)によって調整されることができる。
3.デバイス内部の振動しているプラズモン電界は、デバイスの非線形特性によって調整され、ポテンシャルプローブの異なるペアの間のDC応答に結果としてなる。非線形デバイス挙動は、(米国特許出願番号第12/247,096号で詳細に説明したような)少なくとも一つの欠陥の存在によって生じる。
4.調整可能なパラメータの関数としてデバイス応答/信号の検出は、入射放射線のスペクトルを計算するのに十分なデータをもたらす。
Claims (38)
- 入射電磁放射を受けるように構成された固体構造体であって、前記入射電磁放射がスペクトルによって特徴づけられ、前記構造体が、複数のパラメータによって特徴づけられた調整可能な電荷担体層を備えることを特徴とする、固体構造体と、
前記調整可能な電荷担体層に少なくとも1つのプラズモン・キャビティと、
前記調整可能な電荷担体層に少なくとも1つの欠陥と、
前記調整可能な電荷担体層に対する少なくとも第1及び第2のコンタクトであって、前記コンタクトが、前記調整可能な電荷担体層に設けられ、間隔が隔てられていることを特徴とする少なくとも第1及び第2のコンタクトと、
前記入射電磁放射に対する前記固体構造体の応答を測定するための測定デバイスであって、前記応答が、前記第1と第2のコンタクトの間で測定され、前記応答が、前記入射電磁放射の前記スペクトルについての情報を提供することを特徴とする測定デバイスと、
前記複数のパラメータのうちの少なくとも1つの調整を可能にするための制御可能な調整デバイスと、
を有することを特徴とする分光計装置。 - 電磁放射のスペクトルの測定をする方法であって、
固体構造体を提供するステップであって、前記固体構造体が、調整可能な電荷担体層を備え、前記電荷担体層が、少なくとも1つの欠陥および少なくとも1つのプラズモン・キャビティを備え、前記電荷担体層が、複数のパラメータによって特徴づけられることを特徴とする、固体構造体を提供するステップと、
第1の周波数スペクトルおよびエネルギによって特徴づけられる入射電磁放射を受けるステップと、
前記固体構造体上で前記入射電磁放射を方向付けさせるステップと、
前記入射電磁放射のエネルギを少なくとも1つのプラズマ波のエネルギに変換するステップであって、前記プラズマ波が、電磁界によって特徴づけられ、前記プラズマ波が第2の周波数で発振し、前記プラズモン・キャビティのうちの少なくとも1つに伝播することを特徴とする、変換するステップと、
前記プラズモンの電磁界に対して少なくとも1つの前記欠陥の非線形な応答を使用することによって信号を生成させるステップと、
前記調整可能な電荷担体層の前記パラメータのうちの少なくとも1つを調整するステップと、
前記パラメータのうちの少なくとも1つの異なる値で前記信号の複数の測定をするステップと、
少なくとも1つの前記パラメータと前記信号の値との間の関係を判断するステップと、
前記関係に基づいて前記入射電磁放射の前記第1の周波数スペクトルを判断するステップと
を有することを特徴とする方法。 - 前記応答が、光電圧を構成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記応答が、光電流を構成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記応答が、光キャパシタンスを構成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記応答が、光インダクタンスを構成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記応答が、光抵抗を構成することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記調整可能なパラメータが前記電荷担体層の担体密度であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記調整可能なパラメータが、前記電荷担体層の誘電環境であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記調整可能なパラメータが、独立ソースからの磁界の強度であり、磁界が前記電荷担体層を貫通することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記調整可能なパラメータが、前記電荷担体層の有効担体質量であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記調整可能なパラメータが、プラズモン・キャビティのサイズであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの欠陥が、エッチング領域、電荷担体密度異質、圧縮又は拡張、(例えば、構造体の上に堆積された)金属層、不純物ドーピング、電荷担体移動度欠陥、誘電環境欠陥、構造的欠陥のうちの1つとして実装されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 空間に周期的に配置された複数の調整可能なプラズモン・キャビティが前記電荷担体層内に導入されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 空間に非周期的に配置された複数の調整可能なプラズモン・キャビティが、前記電荷担体層内に導入されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電荷担体層に対する複数の追加のコンタクトが、前記第1及び第2のコンタクトに加えて提供されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 1以上の分光計が単一の固体構造体に実装されることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記固体構造体が、GaAs/AlGaAsヘテロ構造からなり、ここで、Gaはガリウムであり、Asは砒素であり、Alはアルミニウムであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記固体構造体が、a:Si MOSFET構造、InAs構造、または、Si/Ge構造のうちの1つからなり、Siはシリコンであり、Inはインジウムであり、Asは砒素であり、Geはゲルマニウムであることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電荷担体層が単一の量子井戸の形態で実現することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電荷担体層がダブル量子井戸の形態で実現することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電荷担体層が、複数の量子井戸を包含する超格子の形態で実現することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電荷担体層がヘテロジャンクションの形態で実現することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電荷担体層の電荷担体が、1次元よりも大きく移動することが可能であることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記入射放射が、レンズ、ホーンおよび導波管のうちの少なくとも1つによって前記固体構造体の上に差し向けられることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記固体構造体を冷却するためのデバイスを更に有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記少なくとも1つの欠陥が、前記プラズモン・キャビティに対する境界と、整流器の両方として役立つことを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 整流欠陥が、前記少なくとも1つのプラズモン・キャビティから離れて配置されることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記信号が、光電圧値であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記信号が、光電流値であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記信号が、光電圧値であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記信号が、光インダクタンス値であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記信号が、光抵抗値であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記調整可能なパラメータが、前記電荷担体層の担体密度であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記調整可能なパラメータが、前記電荷担体層の誘電環境であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記調整可能なパラメータが、独立ソースからの磁界の強度であり、磁界が前記電荷担体層を貫通することを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記調整可能なパラメータが、前記電荷担体層の有効担体質量であることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 前記調整可能なパラメータが、プラズモン・キャビティのサイズであることを特徴とする請求項2に記載の方法。
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