RU2523746C1 - Multielement terahertz radiation generator - Google Patents
Multielement terahertz radiation generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523746C1 RU2523746C1 RU2012152207/28A RU2012152207A RU2523746C1 RU 2523746 C1 RU2523746 C1 RU 2523746C1 RU 2012152207/28 A RU2012152207/28 A RU 2012152207/28A RU 2012152207 A RU2012152207 A RU 2012152207A RU 2523746 C1 RU2523746 C1 RU 2523746C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- terahertz radiation
- crystalline semiconductor
- femtosecond laser
- terahertz
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к генераторам импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот, основанным на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения. Подобные 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. Для решения специфических задач с использованием мощного излучения необходимо применение материалов, обладающих высокой радиационной стойкостью. При этом устройство должно обладать малыми габаритами для создания портативных спектрометров.The device relates to generators of pulsed broadband electromagnetic radiation of the terahertz frequency range, based on the conversion of femtosecond laser radiation. Such generators are used to create pulsed terahertz spectrometers designed to study the properties of substances and materials in the terahertz region of the electromagnetic spectrum. Such devices should have a high conversion rate of laser radiation into terahertz. To solve specific problems using high-power radiation, it is necessary to use materials with high radiation resistance. In this case, the device should have small dimensions for creating portable spectrometers.
Известны технические решения, используемые в конструкции фотопроводящих антенн: TERA15-FC, выпускаемых компанией «Menio Systems», Германия (http://www.menlosvstems.com): G10620-11, G10620-12, G10620-13, выпускаемые компанией «Hamamtsu», Япония (http://ip.hamamatsu.com). Устройства относятся к генераторам импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот, основанным на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения, и представляют собой фотопроводящую антенну, установленную в единый корпус с кремниевой линзой. Фотопроводящие антенны представляют собой напыленные на поверхность полупроводника электроды. Генерация терагерцового излучения происходит при поглощении фемтосекундного лазерного излучения в полупроводнике и связана с возникновением в нем импульсного фототока за счет дрейфа фотовозбужденных носителей заряда вдоль поверхности полупроводника в электрическом поле, приложенном к электродам. Максимум диаграммы направленности терагерцового излучения перпендикулярен направлению дрейфа и поверхности полупроводника. Установленная кремниевая линза коллимирует или фокусирует терагерцовое излучение.Known technical solutions used in the construction of photoconductive antennas: TERA15-FC, manufactured by Menio Systems, Germany (http://www.menlosvstems.com): G10620-11, G10620-12, G10620-13, manufactured by Hamamtsu ", Japan (http://ip.hamamatsu.com). The devices relate to pulsed broadband electromagnetic radiation of the terahertz frequency range, based on the conversion of femtosecond laser radiation, and are a photoconductive antenna installed in a single housing with a silicon lens. Photoconductive antennas are electrodes deposited on the surface of a semiconductor. The generation of terahertz radiation occurs during the absorption of femtosecond laser radiation in a semiconductor and is associated with the appearance of a pulsed photocurrent due to the drift of photoexcited charge carriers along the surface of the semiconductor in an electric field applied to the electrodes. The maximum radiation pattern of terahertz radiation is perpendicular to the direction of drift and the surface of the semiconductor. An installed silicon lens collimates or focuses terahertz radiation.
Такие устройства обладают повышенным шумом, т.к. флуктуации внешнего электрического поля переносятся в терагерцовый сигнал и ухудшают шумовые характеристики генератора в целом. Также фотопроводящие антенны характеризуются насыщением мощности генерируемого терагерцового излучения с ростом интенсивности лазерного. Это насыщение связано с экранированием приложенного электрического поля возбужденными носителями зарядов в полупроводнике.Such devices have increased noise, as fluctuations of the external electric field are transferred to the terahertz signal and degrade the noise characteristics of the generator as a whole. Also, photoconductive antennas are characterized by saturation of the power of the generated terahertz radiation with increasing laser intensity. This saturation is due to the screening of the applied electric field by the excited charge carriers in the semiconductor.
Недостатком известных технических решений является то, что в фотопроводящих антеннах есть необходимость приложения внешнего электрического поля, создаваемого электродами на поверхности полупроводника. Кроме того, между электродами протекает фототок, пропорциональный интенсивности лазерного излучения. Электрическая мощность, которая определяется произведением напряженности приложенного электрического поля и силы фототока, преобразуется в тепло, которое необходимо отводить от устройства. Это определяет ограничение максимальной мощности лазерного излучения и максимальной амплитуды прикладываемого напряжения во избежание перегрева и/или электрического пробоя устройства.A disadvantage of the known technical solutions is that in photoconductive antennas there is a need to apply an external electric field created by electrodes on the surface of the semiconductor. In addition, a photocurrent flows between the electrodes, which is proportional to the intensity of the laser radiation. The electrical power, which is determined by the product of the intensity of the applied electric field and the strength of the photocurrent, is converted into heat, which must be removed from the device. This determines the limitation of the maximum laser radiation power and the maximum amplitude of the applied voltage in order to avoid overheating and / or electrical breakdown of the device.
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.A technical solution based on a crystalline semiconductor is known to be used in pulsed broadband electromagnetic radiation of the terahertz frequency range based on the conversion of a femtosecond laser radiation. The technical solution is described in the publication: Vitalij L. Malevich a, Ramunas Adomavicius, Arunas Krotkus, "THz emission from semiconductor surfaces", Science Direct, C.R. Physique 9 (2008) 130-141. The generation of terahertz radiation occurs during the absorption of femtosecond laser radiation in a crystalline semiconductor and is associated with the appearance of a pulsed photocurrent due to the diffusion of photoexcited charge carriers (the Dember effect) and their drift in the built-in electric field of the crystalline semiconductor.
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.A disadvantage of the known technical solution is associated with a low coefficient of conversion of laser radiation to terahertz radiation, namely, the output of the generated terahertz radiation from the surface layer of the crystalline semiconductor to the outside. The low conversion efficiency can be explained as follows. The directional vectors of the drift and diffusion of photoexcited charge carriers are perpendicular to the surface of the semiconductor and are aligned with the vectors of the built-in electric field and the electric field vector caused by the Dember effect, respectively. Thus, the directivity pattern of terahertz radiation is perpendicular to these vectors and parallel to the surface of the semiconductor. Due to the high refractive index of the semiconductor, only an insignificant part of terahertz radiation is removed from the generator, reflected from its surface from the inside. The second disadvantage of the known technical solution is associated with the saturation of the terahertz radiation power with increasing laser intensity. In the local area illuminated by laser radiation, a finite number of photoexcited charge carriers participating in the generation of terahertz radiation can be created, and thus a further increase in the power of laser radiation does not lead to an increase in the power of terahertz.
Известно техническое решение, используемое в генераторах импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот, основанных на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения (Патент WO 2010/142313 «A passive terahertz radiation source», МПК H01S 1/02, G02f 2/02, приоритет от 2010-12-16), выбранное в качестве прототипа. Генератор терагерцового излучения содержит источник импульсного лазерного излучения в виде лазера и эмиттер, состоящий хотя бы из одного элементарного эмиттера, представляющего собой слой 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. 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.A technical solution is known that is used in pulsed broadband electromagnetic radiation of the terahertz frequency range based on the conversion of femtosecond laser radiation (Patent WO 2010/142313 “A passive terahertz radiation source”, IPC H01S 1/02, G02f 2/02, priority 2010- 12-16), selected as a prototype. The terahertz radiation generator contains a laser pulse source in the form of a laser and an emitter consisting of at least one elementary emitter, which is a layer of crystalline semiconductor, part of the surface of which is illuminated by pulsed laser radiation, and under the influence of this radiation at the boundary of the illuminated and unlit regions parallel to the surface of the crystalline semiconductor formed a sharp concentration gradient of photoexcited charge carriers. The generation of terahertz radiation is based on the Dember photoelectric effect, the effect of which can be described as follows. The charge carriers diffuse into the region with a lower concentration and form a pulsed diffusion current. A significant difference in the mobilities of positive and negative charge carriers leads to their spatial separation and the formation of an electric field vector. A change in the diffusion current in an electric field leads to the emission of an electromagnetic pulse.
Спектральный состав и длительность импульса определяются параметрами лазерного излучения и свойствами кристаллического полупроводника и соответствуют терагерцовому диапазону частот. 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.The spectral composition and duration of the pulse are determined by the parameters of laser radiation and the properties of the crystalline semiconductor and correspond to the terahertz frequency range. The generator is free from the drawback associated with bringing terahertz radiation out of the crystalline semiconductor layer to the outside, since the directivity pattern of terahertz radiation is perpendicular to the vector of the electric field caused by the Dember effect and, accordingly, the surface of the crystalline semiconductor. In accordance with the Fresnel law of reflection, the output of terahertz radiation is perpendicular, i.e. at an angle of 90 degrees to the surface of the crystalline semiconductor is the most effective, because has the smallest reflection loss of terahertz radiation from the inner surface of a crystalline semiconductor. Thus, the maximum possible terahertz radiation power is output.
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.The use of the Dember photoelectric effect to generate terahertz radiation does not require the use of an external electric field, the fluctuations of which are transferred to the noise of terahertz radiation and worsen the signal-to-noise ratio of the generator as a whole. Also, due to this, the power of the generated terahertz radiation does not saturate with an increase in the intensity of the femtosecond laser radiation associated with the screening of the applied electric field by photoexcited charge carriers in a crystalline semiconductor.
Генератор, состоящий из множества элементарных эмиттеров (многоэлементный генератор), 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. Таким образом, мощность терагерцового излучения может быть значительно увеличена по сравнению с одноэлементным генератором за счет увеличения мощности фемтосекундного лазерного излучения и отсутствия при этом насыщения.A generator consisting of many elementary emitters (multi-element generator) has a higher coefficient of conversion of femtosecond laser radiation to terahertz than a generator consisting of one elementary emitter (single-element generator), since a multi-element generator is devoid of the drawback associated with the saturation of the terahertz radiation power with increasing laser power. The power of a femtosecond laser radiation is distributed in proportion to the number of elementary emitters involved in the generation of terahertz radiation, and in each elementary emitter its value becomes lower than the threshold for activating the saturation mechanism. The total terahertz radiation power of a multi-element generator is the sum of the powers radiated by each of its elementary emitters. Thus, the power of terahertz radiation can be significantly increased in comparison with a single-element generator by increasing the power of a femtosecond laser radiation and the absence of saturation.
В прототипе описана схема многоэлементного генератора. 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.The prototype describes a multi-element generator circuit. It is a layer of crystalline semiconductor with a periodic structure consisting of metal bands sprayed onto its surface. The strip profile has a wedge shape. When illuminated by laser radiation, part of it is reflected from metal bands, and the remaining part is absorbed in a crystalline semiconductor. The thicker edge of the metal strip completely isolates the crystalline semiconductor under itself from laser illumination and forms a sharp gradient in the illumination of the crystalline semiconductor. The thinner edge is translucent and forms a smooth gradient. The sharper the gradient of illumination by laser radiation, the sharper the density gradient of the formed photoexcited charge carriers in a crystalline semiconductor, the higher the amplitude of the pulsed diffusion current and the terahertz radiation power. Thus, the main power of terahertz radiation is formed by regions near the thick edge of the metal strip. The sputtering of the bands in the same manner allows the formation of codirectional vectors of concentration gradients of photoexcited carriers under illumination by laser radiation of the entire structure. Thus, the amplitudes of terahertz waves emitted by each region near the thick edge of a metal strip, which in fact is an elementary emitter, add up.
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.A disadvantage of the known technical solution is the inefficient use of femtosecond laser radiation, which illuminates the entire surface of the elementary emitter, including its regions that are not involved in the generation of terahertz radiation: the entire surface of the metal strip and the region near its thin edge. The total area of areas not involved in the generation of terahertz radiation is greater than the total area involved. An additional disadvantage of this technical solution is the generation of a diverging beam of terahertz radiation, which requires the use of large samples for spectroscopic studies and reduces the energy density of terahertz radiation, necessary, for example, for biological research.
Перед авторами стояла задача разработать многоэлементный генератор терагерцового излучения, основанный на преобразовании фемтосекундного лазерного излучения, с более эффективным использованием лазерного излучения.The authors were faced with the task of developing a multi-element terahertz radiation generator based on the conversion of femtosecond laser radiation with a more efficient use of laser radiation.
Поставленная задача решается тем, что многоэлементный генератор терагерцового излучения, содержащий исследуемый образец, лазер, излучающий фемтосекундное лазерное излучение, многоэлементный эмиттер, состоящий хотя бы из одного элементарного эмиттера, представляющего собой 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, дополнительно содержит эллиптическое зеркало, выполненное формирующим сфокусированный пучок терагерцового излучения и содержащее отверстие для пропускания фемтосекундного лазерного излучения, а многоэлементный эмиттер выполнен содержащим растр цилиндрических микролинз, распределяющий фемтосекундное лазерное излучение между элементарными эмиттерами и формирующий на слое кристаллического полупроводника освещение только областей, участвующих в генерации терагерцового излучения, кроме того, металлическая маска выполнена в виде плоских металлических полос, причем слой кристаллического полупроводника выполнен в виде кристалла InAs при длине волны фемтосекундного лазерного излучения 775 нм, а при длине волны фемтосекундного лазерного излучения 1550 нм слой кристаллического полупроводника выполнен в виде кристалла InSbThe problem is solved in that a multi-element terahertz radiation generator containing the sample to be studied, a laser emitting femtosecond laser radiation, a multi-element emitter consisting of at least one elementary emitter, which is a layer of crystalline semiconductor with a sprayed metal mask, forming a sharp gradient of illumination of the layer of crystalline semiconductor femtosecond laser radiation, while at the boundary of the illuminated and unlit parts of the layer crystalline On the semiconductor, a sharp concentration gradient of photoexcited charge carriers is formed parallel to the surface of the crystalline semiconductor layer, further comprises an elliptical mirror made to form a focused beam of terahertz radiation and containing an aperture for transmitting femtosecond laser radiation, and a multi-element emitter comprising a raster of cylindrical microlenses that distribute the laser element emitters and forming on the layer crystalline semiconductor lighting only areas involved in the generation of terahertz radiation, in addition, the metal mask is made in the form of flat metal strips, the crystal semiconductor layer being made in the form of an InAs crystal at a wavelength of femtosecond laser radiation of 775 nm, and at a wavelength of femtosecond laser radiation 1550 nm layer of crystalline semiconductor made in the form of an InSb crystal
Технический эффект заявляемого устройства заключается в увеличении коэффициента преобразования фемтосекундного лазерного излучения в терагерцовое излучение; увеличении плотности энергии сфокусированного на исследуемом образце терагерцового излучения, а также в возможности использования исследуемых образцов небольшого размера и расширении ассортимента устройств данного назначения.The technical effect of the claimed device is to increase the conversion coefficient of a femtosecond laser radiation into terahertz radiation; increasing the energy density of terahertz radiation focused on the sample under study, as well as the possibility of using the small samples under study and expanding the range of devices for this purpose.
На фиг.1 представлена блок-схема, поясняющая работу заявляемого многоэлементного генератора терагерцового излучения, где 1 - лазер, 2 - фемтосекундное лазерное излучение, 3 - отверстие, 4 - многоэлементный эмиттер, 5 - терагерцовое излучение, 6 - эллиптическое зеркало, 7 - исследуемый образец.Figure 1 presents a block diagram explaining the operation of the inventive multi-element terahertz radiation generator, where 1 is a laser, 2 is a femtosecond laser radiation, 3 is a hole, 4 is a multi-element emitter, 5 is a terahertz radiation, 6 is an elliptical mirror, 7 is an investigated sample.
На фиг.2 представлена схема, поясняющая работу многоэлементного эмиттера, где 2 - фемтосекундное лазерное излучение, 5 - терагерцовое излучение, 8 - растр цилиндрических микролинз, 9 - элементарный эмиттер, 10 - металлическая маска, 11 - кристаллический полупроводник, 12 - фототвозбужденные носители заряда, 13 - вектор градиента концентрации фотовозбужденных носителей заряда.Figure 2 is a diagram explaining the operation of a multi-element emitter, where 2 is a femtosecond laser radiation, 5 is a terahertz radiation, 8 is a raster of cylindrical microlenses, 9 is an elementary emitter, 10 is a metal mask, 11 is a crystalline semiconductor, 12 is a photoexcited charge carrier , 13 - vector of the concentration gradient of photoexcited charge carriers.
Заявляемый многоэлементный генератор терагерцового излучения работает следующим образом. Лазер 1 генерирует фемтосекундное лазерное излучение 2 на длине волны фемтосекундного лазерного излучения 1550 нм или 775 нм. Фемтосекундное лазерное излучение 2 направлено через отверстие 3 в эллиптическом зеркале 6 на многоэлементный эмиттер 4, зона излучения которого находится в одном из двух фокусов эллиптического зеркала 6 и который преобразует фемтосекундное лазерное излучение 2 в терагерцовое излучение 5. Терагерцовое излучение 5 преобразуется эллиптическим зеркалом 6 в сфокусированный пучок, обладающий высокой плотностью энергии, сконцентрированный в области второго фокуса эллиптического зеркала 6, где находится исследуемый образец 7, таким образом, осуществляется один из технических эффектов заявляемого изобретения, позволяющий использовать для исследования образцы небольшого размера.The inventive multi-element terahertz radiation generator operates as follows. The laser 1 generates a
В многоэлементном эмиттере 4 происходит преобразование фемтосекундного лазерного излучения 2 в терагерцовое излучение 5 следующим образом. Многоэлементный эмиттер 4 состоит хотя бы из одного элементарного эмиттера 9. Фемтосекундное лазерное излучение 2 равномерно распределяется растром цилиндрических микролинз 8 между элементарными эмиттерами 9 и фокусируется на слое кристаллического полупроводника 11 в области, участвующей в генерации терагерцового излучения, а именно у края металлической маски 10, выполненной в виде плоских металлических полос, напыленных на слой кристаллического полупроводника 11. Металлическая маска 10 должна обладать достаточной толщиной, чтобы не пропускать фемтосекундное лазерное излучение 2. Периоды полос металлической маски 10 и растра цилиндрических микролинз 8 должны совпадать. Ширина полос металлической маски 10 и расстояние между этими полосами не должны быть менее половины ширины распределения интенсивности фемтосекундного лазерного излучения 2 в фокусе растра цилиндрических микролинз 8. Поперечные размеры металлической маски 10 и области кристаллического полупроводника 11, покрытой элементарными эмиттерами 9, должны быть не менее поперечных размеров фемтосекундного лазерного излучения 2. Толщина слоя кристаллического полупроводника 11 должна быть не менее 4/α (где α - коэффициент поглощения кристаллического полупроводника) для обеспечения поглощения не менее 98% фемтосекундного лазерного излучения 2, прошедшего внутрь этого слоя.In a multi-element emitter 4, the
Край полосы металлической маски 10 смещен относительно центра фокуса соответствующей микролинзы растра цилиндрических микролинз 8 на расстояние, не большее, чем диаметр светового пятна сфокусированного фемтосекундного лазерного излучения 2, таким образом, что на поверхности кристаллического полупроводника 11, 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 10 формируется резкий градиент освещения фемтосекундным лазерным излучением 2. Градиент освещения при поглощении фемтосекундного лазерного излучения 2 в кристаллическом полупроводнике 11 приводит к формированию максимально резкого градиента плотности фотовозбужденных носителей заряда 12, а доля интенсивности пучка лазерного излучения, отраженного от металлической маски 10, минимальна. Вектор градиента концентрации фотовозбужденных носителей заряда 13 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 13 и соответственно поверхности кристаллического полупроводника 11 в направлении, противоположном направлению распространения фемтосекундного лазерного излучения 2. Так как векторы градиентов концентраций фотовозбужденных носителей заряда 13 каждого элементарного эмиттера 9 сонаправлены, векторы терагерцового излучения 5 также сонаправлены, и их амплитуды суммируются, формируя общий пучок.The edge of the strip of the
Таким образом, за счет снижения потерь фемтосекундного лазерного излучения 2 на отражение от металлической маски 10 и увеличения его поглощения в кристаллическом полупроводнике 11 возрастает коэффициент преобразования фемтосекундного лазерного излучения 2 в терагерцовое излучение 5 и достигается технический эффект заявляемого изобретения.Thus, by reducing the loss of
Преимуществом заявляемого многоэлементного генератора терагерцового излучения является также возможность использования металлической маски с простой формой профиля полос, позволяющей упростить производство генератора и снизить его стоимость.The advantage of the inventive multi-element terahertz radiation generator is also the ability to use a metal mask with a simple strip profile shape, which simplifies the production of the generator and reduces its cost.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152207/28A RU2523746C1 (en) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Multielement terahertz radiation generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152207/28A RU2523746C1 (en) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Multielement terahertz radiation generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012152207A RU2012152207A (en) | 2014-06-10 |
| RU2523746C1 true RU2523746C1 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=51214191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012152207/28A RU2523746C1 (en) | 2012-12-04 | 2012-12-04 | Multielement terahertz radiation generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2523746C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622093C1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-06-09 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) | Source of terahertz radiation |
| RU175879U1 (en) * | 2017-08-28 | 2017-12-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | A terahertz generator of electromagnetic radiation based on a thin superconducting film and a photonic crystal substrate |
| RU2664967C1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-08-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of generating terahertz pulses based on thermoelastic effect |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1046179B1 (en) * | 1998-01-09 | 2004-11-17 | Florida International University | Optoelectronic device used to modulate the flow of electrons |
| US7315175B2 (en) * | 2001-01-30 | 2008-01-01 | Teraview Limited | Probe apparatus and method for examining a sample |
| WO2010142313A1 (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Landesstiftung Baden-Württemberg gGmbH | A passive terahertz radiation source |
| RU105738U1 (en) * | 2011-01-11 | 2011-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН | SMALL THERAHZ SPECTROMETER |
-
2012
- 2012-12-04 RU RU2012152207/28A patent/RU2523746C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1046179B1 (en) * | 1998-01-09 | 2004-11-17 | Florida International University | Optoelectronic device used to modulate the flow of electrons |
| US7315175B2 (en) * | 2001-01-30 | 2008-01-01 | Teraview Limited | Probe apparatus and method for examining a sample |
| WO2010142313A1 (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Landesstiftung Baden-Württemberg gGmbH | A passive terahertz radiation source |
| RU105738U1 (en) * | 2011-01-11 | 2011-06-20 | Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН | SMALL THERAHZ SPECTROMETER |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2622093C1 (en) * | 2016-05-13 | 2017-06-09 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) | Source of terahertz radiation |
| RU2622093C9 (en) * | 2016-05-13 | 2017-07-25 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кыргызско-Российский Славянский университет (КРСУ) | Source of terahertz radiation |
| RU175879U1 (en) * | 2017-08-28 | 2017-12-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный университет" | A terahertz generator of electromagnetic radiation based on a thin superconducting film and a photonic crystal substrate |
| RU2664967C1 (en) * | 2017-12-27 | 2018-08-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of generating terahertz pulses based on thermoelastic effect |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012152207A (en) | 2014-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102006059573B3 (en) | Terahertz-radiation radiating or receiving arrangement, has photoconductive antenna with periodic structure having lens array, where focal points of individual lens of array are arranged at surface of semiconductor material between fingers | |
| RU2523746C1 (en) | Multielement terahertz radiation generator | |
| US9761750B2 (en) | Large caliber array type terahertz wave generating device having photonic crystal structure | |
| US8558745B2 (en) | Terahertz antenna arrangement | |
| US9136421B2 (en) | Wide area array type photonic crystal photomixer for generating and detecting broadband terahertz wave | |
| JP2009105102A (en) | Terahertz wave emitter | |
| Garufo et al. | A connected array of coherent photoconductive pulsed sources to generate mW average power in the submillimeter wavelength band | |
| CN202433655U (en) | Terahertz wave amplifying device based on optical pumping base-free graphene | |
| US8563955B2 (en) | Passive terahertz radiation source | |
| US10511133B2 (en) | Device for generating linearly polarized ultra-short terahertz wave | |
| Gorodetsky et al. | Enhanced THz generation from interdigitated quantum dot based photoconductive antenna operating in a quasi-ballistic regime | |
| Jarrahi | Terahertz radiation-band engineering through spatial beam-shaping | |
| RU160986U1 (en) | MULTI-ELEMENT SMALL-SIZED EMITTER OF THERAHZ RADIATION GENERATOR | |
| CN210109473U (en) | Device based on graphite alkene electrooptical modulation shimming speckle that disappears | |
| Han et al. | Direct characterization of terahertz radiation from the dynamics of the semiconductor surface field | |
| Lu et al. | Plasmonics‐enhanced photoconductive terahertz devices | |
| Yardimici et al. | High power pulsed terahertz radiation from large area plasmonic photoconductive emitters | |
| CN107728343A (en) | Terahertz near-field thermal radiation intensifier based on Two-dimensional electron Concentration Modulation | |
| Yardimci et al. | High-Power photoconductive terahertz source enabled by three-dimensional light confinement | |
| JP4775253B2 (en) | Electromagnetic wave modulator | |
| RU2738959C1 (en) | Electromagnetic pulse generator | |
| Jarrahi | Plasmonic nanoantennas for advanced terahertz optoelectronics | |
| Lee et al. | High Efficiency Interdigitated Terahertz Photoconductive Antenna Integrated With Cylindrical Lens Array | |
| Yardimci et al. | 3.8 mW terahertz radiation generation over a 5 THz radiation bandwidth through large area plasmonic photoconductive antennas | |
| Berry et al. | Plasmonic photoconductive terahertz emitters based on logarithmic spiral antenna arrays |