RU160986U1 - Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения - Google Patents

Abstract

1. Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения, содержащий источник лазерого излучения, излучающий фемтосекундное лазерное излучение, слой кристаллического полупроводника с напыленной металлической маской, формирующей резкий градиент освещенности слоя кристаллического полупроводника фемтосекундным лазерным излучением, при этом на границе освещенной и неосвещенной частей слоя кристаллического полупроводника сформирован резкий градиент концентрации фотовозбужденных носителей зарядов параллельно поверхности слоя кристаллического полупроводника, растр диэлектрических микролинз, распределяющий фемтосекундное лазерное излучение между элементарными эмиттерами и формирующий на слое кристаллического полупроводника освещение только областей, участвующих в генерации терагерцового излучения, и металлической маски в виде плоских металлических полос на поверхности кристаллического полупроводника, отличающийся тем, что диэлектрические микролинзы растра выполнены в виде диэлектрических микрочастиц, формирующих фотонные струи.2. Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что каждая диэлектрическая микрочастица растра выполнена, например, в виде сферической микрочастицы с оптическим контрастом показателя преломления от 1.2 до 2 и диаметром не менее 1 длины волны лазерного излучения.3. Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что каждая диэлектрическая микрочастица растра выполнена, например, в виде сферической микрочастицы размером, определяемым частот

Description

Устройство относится к генераторам импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот, основанным на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения, а точнее к многоэлементным малогабаритным эмиттерам генераторов терагерцового диапазона. Подобные эмиттеры и генераторы применяются для создания импульсных терагерцовых спектрометров, предназначенных для исследования свойств веществ и материалов в терагерцовой области электромагнитного спектра. Такие устройства должны обладать высоким коэффициентом преобразования лазерного излучения в терагерцовое. При этом устройство должно обладать малыми габаритами для создания портативных спектрометров.

Известно техническое решение на основе кристаллического полупроводника, используемое в генераторах импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот, основанных на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения. Техническое решение описано в публикации: Vitalij L. Malevich a, Ramunas Adomavicius, Arunas Krotkus, «THz emission from semiconductor surfaces», Science Direct, C.R. Physique 9 (2008) 130-141. Генерация терагерцового излучения происходит при поглощении фемтосекундного лазерного излучения в кристаллическом полупроводнике и связана с возникновением в нем импульсного фототока за счет механизмов диффузии фотовозбужденных носителей заряда (эффект Дембера) и их дрейфа во встроенном электрическом поле кристаллического полупроводника.

Недостаток известного технического решения связан с низким коэффициентом преобразования лазерного излучения в терагерцовое излучение, а именно с выводом сгенерированного терагерцового излучения из приповерхностного слоя кристаллического полупроводника наружу.

Низкую эффективность преобразования можно объяснить следующим образом. Векторы направления дрейфа и диффузии фотовозбужденных носителей заряда перпендикулярны поверхности полупроводника и сонаправлены с векторами встроенного электрического поля и вектором электрического поля, вызванного эффектом Дембера, соответственно. Таким образом, диаграмма направленности терагерцового излучения перпендикулярна этим векторам и параллельна поверхности полупроводника. Из-за большого показателя преломления полупроводника только незначительная часть терагерцового излучения выводится из генератора, отражаясь от его поверхности с внутренней стороны.

Второй недостаток известного технического решения связан с насыщением мощности терагерцового излучения с ростом интенсивности лазерного. В локальной области, освещенной лазерным излучением, может быть создано конечное число фотовозбужденных носителей зарядов, участвующих в генерации терагерцового излучения, и таким образом дальнейшее увеличение мощности лазерного излучения не приводит к увеличению мощности терагерцового.

Известно техническое решение, используемое в генераторах импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот, основанных на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения (Патент WO 2010/142313 «А passive terahertz radiation source», МПК H01S 1/02, G02f 2/02, приоритет от 2010-12-16), выбранное в качестве аналога.

Известный генератор лишен недостатка, связанного с выводом терагерцового излучения из слоя кристаллического полупроводника наружу, так как диаграмма направленности терагерцового излучения перпендикулярна вектору электрического поля, вызванного эффектом Дембера, и соответственно поверхности кристаллического полупроводника. В соответствии с законом отражения Френеля, вывод терагерцового излучения перпендикулярно, т.е. под углом 90 градусов, к поверхности кристаллического полупроводника является наиболее эффективным, т.к. обладает наименьшими потерями на отражение терагерцового излучения от внутренней поверхности кристаллического полупроводника. Таким образом, выводится максимально возможная мощность терагерцового излучения.

Генерация терагерцового излучения основана на фотоэффекте Дембера, действие которого можно описать следующим образом. Носители зарядов диффундируют в область с меньшей концентрацией и формируют импульсный диффузионный ток. Значительная разность подвижностей положительных и отрицательных носителей зарядов приводит к их пространственному разделению и формированию вектора напряженности электрического поля. Изменение диффузионного тока в электрическом поле приводит к излучению электромагнитного импульса. Использование фотоэффекта Дембера для генерации терагерцового излучения не требует использования внешнего электрического поля, флуктуации которого переносятся в шум терагерцового излучения и ухудшают отношение сигнал/шум генератора в целом. Также благодаря этому не происходит насыщения мощности генерируемого терагерцового излучения при увеличении интенсивности фемтосекундного лазерного излучения, связанного с экранированием приложенного электрического поля фотовозбужденными носителями зарядов в кристаллическом полупроводнике. Спектральный состав и длительность импульса определяются параметрами лазерного излучения и свойствами кристаллического полупроводника и соответствуют терагерцовому диапазону частот.

Эмиттер генератора терагерцового излучения по Патенту WO 2010/142313 содержит источник импульсного лазерного излучения в виде лазера и слоя кристаллического полупроводника, часть поверхности которого освещена импульсным лазерным излучением, и под действием этого излучения на границе освещенной и неосвещенной областей параллельно поверхности кристаллического полупроводника формируется резкий градиент концентрации фотовозбужденных носителей зарядов. При этом область локализации градиента концентрации фотовозбужденных носителей заряда определяется в первую очередь размером области фокусировки лазерного излучения на поверхности полупроводника.

Многоэлементный эмиттер (для многоэлементного генератора), имеет больший коэффициент преобразования фемтосекундного лазерного излучения в терагерцовое, чем генератор, состоящий из одного элементарного эмиттера (одноэлементный генератор), так как многоэлементный генератор лишен недостатка, связанного с насыщением мощности терагерцового излучения с ростом мощности лазерного. Мощность фемтосекундного лазерного излучения распределяется пропорционально количеству элементарных эмиттеров, задействованных в генерации терагерцового излучения, и в каждом элементарном эмиттере ее величина становится ниже пороговой для включения механизма насыщения. Общая мощность терагерцового излучения многоэлементного генератора является суммой мощностей, излучаемых каждым его элементарным эмиттером.

В аналоге (по Патенту WO 2010/142313) описана схема многоэлементного эмиттера генератора террагерцового излучения. Он представляет собой слой кристаллического полупроводника с напыленной на его поверхность периодической структурой, состоящей из металлических полос. Профиль полос имеет форму клина. При освещении лазерным излучением часть его отражается от металлических полос, а оставшаяся часть поглощается в кристаллическом полупроводнике. Более толстый край металлической полосы полностью изолирует под собой кристаллический полупроводник от освещения лазерным излучением и формирует резкий градиент освещенности кристаллического полупроводника. Более тонкий край является полупрозрачным и формирует плавный градиент. Чем резче градиент освещенности лазерным излучением, тем резче градиент плотности сформированных фотовозбужденных носителей заряда в кристаллическом полупроводнике, выше амплитуда импульсного диффузионного тока и мощность терагерцового излучения. Таким образом, основная мощность терагерцового излучения формируется областями около толстого края металлической полосы. Напыление полос однотипным образом позволяет формировать сонаправленные векторы градиентов концентрации фотовозбужденных носителей при освещении лазерным излучением всей структуры. Таким образом, амплитуды терагерцовых волн, излучаемых каждой областью возле толстого края металлической полосы, по сути являющейся элементарным эмиттером, складываются.

Недостатком известного технического решения является неэффективное использование фемтосекундного лазерного излучения, при котором освещается вся поверхность элементарного эмиттера, в том числе и его области, которые не участвуют в генерации терагерцового излучения: вся поверхность металлической полосы и область возле ее тонкого края. Суммарная площадь областей, не участвующих в генерации терагерцового излучения, больше суммарной площади участвующих. Дополнительным недостатком данного технического решения является генерация расходящегося пучка терагерцового излучения, что требует использования образцов большого размера для спектроскопического исследования и уменьшает плотность энергии терагерцового излучения, необходимую, к примеру, для биологических исследований. Недостаток данного технического решения заключается также в достаточно больших габаритах и не эффективным использованием поверхности полупроводника.

Известно техническое решение, описывающее многоэлементный эмиттер генератора терагерцового излучения, основанный на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения, с более эффективным (по отношению к аналогу) использованием лазерного излучения, описанного в Патенте РФ 2523746 МПК G02F 1/00 (2006.01), опубликовано 20.07.2014, Бюл. №20. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Известный многоэлементный эмиттер генератора терагерцового излучения содержит источник лазерого излучения, излучающий фемтосекундное лазерное излучение, слой кристаллического полупроводника с напыленной металлической маской, формирующей резкий градиент освещенности слоя кристаллического полупроводника фемтосекундным лазерным излучением, при этом на границе освещенной и неосвещенной частей слоя кристаллического полупроводника сформирован резкий градиент концентрации фотовозбужденных носителей зарядов параллельно поверхности слоя кристаллического полупроводника, и растр диэлектрических микролинз, распределяющий фемтосекундное лазерное излучение между элементарными эмиттерами и формирующий на слое кристаллического полупроводника освещение только областей, участвующих в генерации терагерцового излучения, а металлическая маска выполнена в виде плоских металлических полос.

Сущность известного технического решения заключается в использовании поперечного фотоэффекта Дембера. Фемтосекундное лазерное излучение фокусируется растром диэлектрических классических микролинз на края зон линейной бинарной амплитудной решетки, сформированной из непрозрачных полос золота на поверхности полупроводниковой пластины. За счет применения растра классических микролинз эффективно используется излучение накачки путем фокусировки лазерного излучения в дифракционно-ограниченную область на поверхности полупроводниковой пластины, формируется резкая граница между засвеченной и незасвеченной областями и создается высокий градиент концентрации фотоносителей вдоль поверхности полупроводника. Релаксация градиента за времена порядка сотен фемтосекунд приводит к эффективной генерации терагерцового излучения, максимум диаграммы направленности которого перпендикулярен поверхности полупроводника, что обусловливает эффективную генерацию ТГц излучения на каждом элементе (см. Анцыгин В.Д., Конченко А.С., Корольков В.П. и др. Многоэлементный генератор терагерцового излучения на основе поперечного фотоэффекта Дембера // сб. научных трудов 2 всероссийской конференции по фотонике и информационной оптике, 23-25 января 2013 года, Москва, НИЯУ МИФИ, с. 89-90; Анцыгин В.Д., Конченко А.С., Корольков В.П. и др. Терагерцовый микрорастровый эмиттер на основе поперечного эффекта Дембера // Автометрия. - 2013 - Т. 49. - №2. С. 92-97).

Указанное техническое решение позволяет увеличить коэффициент преобразования фемтосекундного лазерного излучения в терагерцовое излучение; увеличить плотность энергии сфокусированного на исследуемом образце терагерцового излучения.

Однако данному техническому решению присущи следующие недостатки. Габариты многоэлементного эмиттера генератора терагерцового излучения достаточно велики, поскольку определятся фокусным расстоянием микролинз растра, которое, как правило, составляет величину порядка диаметра одиночной микролинзы. Диаметр одинойной микролинзы растра, как правило, составляет несколько десятков длин волн освещающего излучения. Следовательно, применение классических микролинз принципиально не позволяет обеспечить фокусировку излучения непосредственно у поверхности микролинзы, поскольку фокусное расстояние всегда не нулевое и область фокусировки всегда отдалена на некоторое расстояние от поверхности микролинзы. Кроме того, поскольку область локализации градиента концентрации фотовозбужденных носителей заряда определяется в первую очередь размером области фокусировки лазерного излучения на поверхности полупроводника, применение же классических микролинз не позволяет сфокусировать лазерное излучение в область пространства на поверхности полупроводникового материала менее дифракционного предела (Борн М. Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Перевод с английского. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973). Это принципиально ограничивает достижимую мощность терагерцового излучения за счет ограничения мощности фемтосекундного лазерного излучения в локальной области на поверхности полупроводникового материала.

Технической задачей полезной модели является повышение высокоэффективности многоэлементного эмиттера генератора терагерцового, а также уменьшение габаритов устройства.

Поставленная задача решается тем, что многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения, содержит источник лазерого излучения, излучающий фемтосекундное лазерное излучение, слой кристаллического полупроводника с напыленной металлической маской, формирующей резкий градиент освещенности слоя кристаллического полупроводника фемтосекундным лазерным излучением, при этом на границе освещенной и неосвещенной частей слоя кристаллического полупроводника сформирован резкий градиент концентрации фотовозбужденных носителей зарядов параллельно поверхности слоя кристаллического полупроводника, растр диэлектрических микролинз, распределяющий фемтосекундное лазерное излучение между элементарными эмиттерами и формирующий на слое кристаллического полупроводника освещение только областей, участвующих в генерации терагерцового излучения, и металлической маски в виде плоских металлических полос на поверхности кристаллического полупроводника, согласно полезной модели в нем диэлектрические микролинзы растра выполнены в виде диэлектрических микрочастиц, формирующих фотонные струи.

При этом, каждая диэлектрическая микрочастица растра выполнена, например, в виде сферической микрочастицы с оптическим контрастом показателя преломления от 1.2 до 2 и диаметром не менее 1 длины волны лазерного излучения.

При этом, каждая диэлектрическая микрочастица растра выполнена, например, в виде сферической микрочастицы с размером, определяемым частотой одной из ее собственных колебательных мод и совпадающей с частотой падающего на частицу лазерного излучения.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая работу многоэлементного эмиттера генератора терагерцового излучения согласно прототипа, где 1 - фемтосекундное лазерное излучение, 2 - растр диэлектрических микролинз, выполненных в виде цилиндрических классических микролинз, 3 - металлическая маска, 4 кристаллический полупроводник, 5 - диаграмма направленности терагерцового излучения.

На фиг. 2 представлена схема, поясняющая работу заявляемого многоэлементного малогабаритного эмиттера генератора терагерцового излучения, где 1 - фемтосекундное лазерное излучение, 2 - растр диэлектрических микролинз, выполненных в виде микрочастиц 6, каждая из которых формирует фотонную струю 7, 3 - металлическая маска, 4 - кристаллический полупроводник, 5 - диаграмма направленности терагерцового излучения, 6 - диэлектрическая частица растра микролинз, формирующая фотонную струю 7, 8 - градиент фотовозбужденных носителей заряда.

На фиг. 3 показан пример фотонной струи, формирующейся из диэлектрической микрочастицы: на фиг. 3а - из сферической, на фиг. 3б - из кубической.

Заявляемый многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения работает следующим образом (Фиг. 2). Лазер генерирует фемтосекундное лазерное излучение 1 на длине волны фемтосекундного лазерного излучения, например, 1550 нм или 775 нм. Фемтосекундное лазерное излучение 1 преобразуется в терагерцовое излучение 5 следующим образом. Фемтосекундное лазерное излучение 1 с помощью растра 2, выполненного в виде диэлектрических микрочастиц 6, формирующих фотонные струи 7, фокусируется на слое кристаллического полупроводника 4 в области, участвующей в генерации терагерцового излучения, а именно у края металлической маски 3, выполненной в виде плоских металлических полос, напыленных на слой кристаллического полупроводника 4. Металлическая маска 3 должна обладать достаточной толщиной, чтобы не пропускать фемтосекундное лазерное излучение 1. Периоды полос металлической маски 3 и фотонных струй 7, формирующихся растром 2 диэлектрических микрочастиц 6, должны совпадать. Ширина полос металлической маски 3 и расстояние между этими полосами не должны быть менее половины ширины распределения интенсивности фемтосекундного лазерного излучения 1 в фотонной струе 7, образованной растром 2 диэлектрических микрочастиц 6. Поперечные размеры металлической маски 3 и области кристаллического полупроводника 4, должны быть не менее поперечных размеров пучка фемтосекундного лазерного излучения 1. Толщина слоя кристаллического полупроводника 4 должна быть не менее 4/α (где α - коэффициент поглощения кристаллического полупроводника) для обеспечения поглощения не менее 98% фемтосекундного лазерного излучения 1, прошедшего внутрь этого слоя. Например, для кристаллического полупроводника InAs на длине волны лазерного излучения 0.775 мкм, показатель преломления материала полупроводника составляет 3.7549, а коэффициент поглощения α=7506 см^-1 (D.Е. Aspnes and A.A. Studna. Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, and InSb from 1.5 to 6.0 eV // Phys. Rev. В 27, 985-1009 (1983)).

Край полосы металлической маски 3 смещен относительно центра фотонной струи 7 соответствующей микрочастицы растра 2 на расстояние, не большее, чем диаметр светового пятна сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения 1, таким образом, что на поверхности кристаллического полупроводника 4, который может быть выполнен в виде кристалла InAs при длине волны фемтосекундного лазерного излучения 775 нм или в виде кристалла InSb при длине волны фемтосекундного лазерного излучения 1550 нм, рядом с краем металлической маски 3 формируется резкий градиент освещения фемтосекундным лазерным излучением 1. Градиент освещения при поглощении фемтосекундного лазерного излучения 1 в кристаллическом полупроводнике 4 приводит к формированию максимально резкого градиента плотности фотовозбужденных носителей заряда 8, а доля интенсивности пучка лазерного излучения, отраженного от металлической маски 3, минимальна. Вектор градиента концентрации фотовозбужденных носителей заряда сонаправлен с вектором импульсного тока, формируемого в соответствии с эффектом Дембера и приводящего к генерации терагерцового излучения 5, которое излучается перпендикулярно вектору градиента концентрации фотовозбужденных носителей заряда 8 и соответственно поверхности кристаллического полупроводника 3 в направлении, противоположном направлению распространения фемтосекундного лазерного излучения 1. Так как векторы градиентов концентраций фотовозбужденных носителей заряда 8 каждого элементарного эмиттера сонаправлены, векторы терагерцового излучения 5 также сонаправлены, и их амплитуды суммируются, формируя общий пучок.

Диэлектрическая микрочастица 6 растра 2, формирующая растр фотонных струй 7, может быть выполнена в виде сферической, кубической, конической или иной формы (Igor V. Minin, Oleg V. Minin, and Yuri E. Geints. Localized EM and photonic jets from non-spherical and non-symmetrical dielectric mesoscale objects: Brief review // Ann. Phys. (Berlin) 527, No. 7-8, 491-497 (2015) / DOI 10.1002 / and p. 201500132), при этом с точки зрения технологии изготовления предпочтительны микрочастицы сферической или кубической формы (Фиг. 3). Например, сферические диэлектрические микрочастицы с оптическим контрастом показателя преломления (отношение показателя преломления материала частицы к показателю преломления среды, где расположена частица) от 1.2 до 2 и диаметром не менее 1 длины волны лазерного излучения позволяют сформировать указанные фотонные струи с размером, меньшим классического дифракционного предела (Фиг. 3). Такие микрочастицы 6 обладают субдифракционным поперечным размером области фокусировки (фотонной струи 7) до одной четверти длины волны при длине фотонной струи (в свободном пространстве) до нескольких единиц длины волны.

Для классических идеальных микролинз поперечный размер области фокусировки вследствие фундаментальных дифракционных ограничений не может быть меньше половины длины волны (Борн М. Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. Перевод с английского. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973).

Кроме того, применение в качестве микролинзы диэлектрической микрочастицы, формирующей фотонную струю, например, сферической или кубической, позволяет обеспечить фокусировку излучения непосредственно у поверхности микрочастицы (Фиг. 3), что фактически позволяет уменьшить продольные габариты устройства, связанные с фокусным расстоянием микролинз, до нуля. Такое снижение габаритов по устройствам согласно прототипа и аналогов принципиально не возможно.

Диэлектрическая сферическая микрочастица, являясь резонаторой системой с высокой степенью симметрии, обладает набором собственных высоко добротных электромагнитных колебательных мод, часто называемых квазинормальными модами или «модами шепчущей галереи». Каждая из этих собственных мод имеет частоту, соответствующую определенному фиксированному значению параметра дифракции сферической частицы х=2πa/λ=5…100. При совпадении частоты падающей на частицу световой волны с частотой одной из ее собственных колебательных мод, внутреннее оптическое поле в частице может многократно усилиться.

При резонансе пространственная форма стационарной фотонной струи существенно не меняется. Протяженность и средняя полуширина струи остаются практически такими же, как и в нерезонансном случае. Однако при резонансе реализуются более высокие значения относительной интенсивности в области фотонной струи.

В поле ультра-короткого лазерного импульса при взаимодействии со сферической частицей формируется нестационарная фотонная струя, которая в общем случае проходит две временные фазы своего развития: нерезонансную и резонансную. Нерезонансная фаза является результатом дифракции световой волны при прохождении импульса через частицу. Временное поведение интенсивности фотонной струи в нерезонансной фазе в целом повторяет временной профиль проходящего через частицу лазерного импульса.

Резонансная фаза эволюции фотонной струи связана с высвечиванием собственных колебательных мод сферической частицы, возбуждаемых спектральными составляющими исходного лазерного импульса, и характеризуется периодическими пульсациями интенсивности фотонной струи со снижающейся амплитудой.

Максимальная интенсивность на данной стадии развития фотонной струи принимает более низкие значения, по сравнению с первой фазой, однако ее ширина в поперечном направлении почти вдвое уже (Yu.E. Geints, A.A. Zemlyanov, Е.К. Panina. Subdiffraction field localisation in the scattering of femtosecond laser radiation by a dielectric microsphere // Quantum Electronics №44 (1), pp. 48-53 (2014)).

Следовательно, при условии, что каждая диэлектрическая микрочастица растра выполнена в виде, например, сферической микрочастицы с размером, определяемым частотой одной из ее собственных колебательных мод и совпадающей с частотой падающей на частицу лазерного излучения, происходит увеличение интенсивности поля сфокусированного лазерного излучения на поверхности кристаллического полупроводника.

Таким образом, за счет снижения размера локальной области фокусировки лазерного излучения 1 на поверхности полупроводникового материала 4 до величины менее половины длины волны излучения (до 1/3…1/4 длины волны) снижаются потери фемтосекундного лазерного излучения 1 на отражение от металлической маски 3 и увеличивается его поглощения в кристаллическом полупроводнике 4. Кроме того, вследствии уменьшения размера области фокусировки лазерного излучения 1 до субволнового значения, уменьшается и период металлической маски 3, что ведет к увеличению коэффициента использования поверхности кристаллического полупроводника 4. Все эти факторы приводят к возрастанию коэффициента преобразования фемтосекундного лазерного излучения 1 в терагерцовое излучение 5.

Кроме того, поскольку лазерное излучение фокусируется в область меньше классического дифракционного предела, увеличивается пространственный градиент концентрации фотовозбужденных носителей заряда 8. Чем резче градиент освещенности лазерным излучением, тем резче градиент плотности сформированных фотовозбужденных носителей заряда 8 в кристаллическом полупроводнике 4, выше амплитуда импульсного диффузионного тока и мощность терагерцового излучения 5, что ведет к более эффективному использованию лазерного излучения накачки и к увеличению коэффициента преобразования фемтосекундного лазерного излучения 1 в терагерцовое излучение 5.

Кроме того, поскольку каждая фотонная струя 7 от каждой микрочастицы растра 2 имеет продольные размеры порядка длины волны, а диэлектрическая микрочастица 6, формирующая фотонную струю 7, имеет поперечный размер порядка длины волны лазерного излучения, габариты многоэлементного эмиттера генератора терагерцового излучения снижаются. Более того, поскольку лазерное излучение 1 от диэлектрической микрочастицы фокусируется непосредственно у внешней поверхности этой микрочастицы, существенно облегчается сборка и юстировка устройства.

Указанными факторами и достигается технический эффект заявляемой полезной модели. Технический результат состоит в увеличении эффективности преобразования лазерного излучения в терагерцовое и уменьшении габаритов устройства, за счет уменьшения поперечных размеров области фокусировки (менее трети длины волны используемого лазерного излучения), уменьшения фокусного расстояния практически до нуля и уменьшения габаритов растра диэлектрических микролинз.

Преимуществом заявляемого многоэлементного малогабаритного эмиттера генератора терагерцового излучения является также возможность изготовления растра микрочастиц по технологии, например, фотолитографии, позволяющей упростить производство генератора и снизить его стоимость, а также позволяет расширить ассортимент устройств данного назначения.

Новизна заявляемого многоэлементного малогабаритного эмиттера генератора терагерцового излучения заключается в том, что выполнение растра микролинз в виде растра микрочастиц, каждая из которых формирует фотонную струю, является новым и не очевидным применением, ранее нигде не использовавшееся. Совокупность свойств растра микрочастиц позволяет значительно улучшить характеристики прототипа и не достижимы при применении классических известных микролинз.

Claims (3)

1. Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения, содержащий источник лазерого излучения, излучающий фемтосекундное лазерное излучение, слой кристаллического полупроводника с напыленной металлической маской, формирующей резкий градиент освещенности слоя кристаллического полупроводника фемтосекундным лазерным излучением, при этом на границе освещенной и неосвещенной частей слоя кристаллического полупроводника сформирован резкий градиент концентрации фотовозбужденных носителей зарядов параллельно поверхности слоя кристаллического полупроводника, растр диэлектрических микролинз, распределяющий фемтосекундное лазерное излучение между элементарными эмиттерами и формирующий на слое кристаллического полупроводника освещение только областей, участвующих в генерации терагерцового излучения, и металлической маски в виде плоских металлических полос на поверхности кристаллического полупроводника, отличающийся тем, что диэлектрические микролинзы растра выполнены в виде диэлектрических микрочастиц, формирующих фотонные струи.

2. Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что каждая диэлектрическая микрочастица растра выполнена, например, в виде сферической микрочастицы с оптическим контрастом показателя преломления от 1.2 до 2 и диаметром не менее 1 длины волны лазерного излучения.

3. Многоэлементный малогабаритный эмиттер генератора терагерцового излучения по п. 1, отличающийся тем, что каждая диэлектрическая микрочастица растра выполнена, например, в виде сферической микрочастицы размером, определяемым частотой одной из ее собственных колебательных мод, совпадающей с частотой падающего на частицу лазерного излучения.

Images