Plasmonic photoconductive Terahertz emitters के डिजाइन, निर्माण, और प्रायोगिक विशेषता
Summary
हम डिजाइन, निर्माण, और पारंपरिक photoconductive उत्सर्जक की तुलना में परिमाण उच्च terahertz सत्ता के स्तर के दो आदेशों जो प्रस्ताव plasmonic photoconductive उत्सर्जक, की प्रयोगात्मक लक्षण वर्णन के लिए तरीके का वर्णन है.
Abstract
इस वीडियो लेख में हम terahertz लहरों पैदा करने के लिए एक बेहद कारगर तरीका है एक विस्तृत प्रदर्शन प्रस्तुत करते हैं. हमारी तकनीक terahertz पीढ़ी 1-8 के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया तकनीकों में से एक रहा है जो photoconduction, पर आधारित है. एक photoconductive emitter में terahertz पीढ़ी एक स्पंदित या heterodyned लेजर रोशनी के साथ एक ultrafast photoconductor पम्पिंग द्वारा हासिल की है. पंप लेजर का लिफाफा जो इस प्रकार प्रेरित photocurrent, terahertz विकिरण उत्पन्न करने photoconductor संपर्क इलेक्ट्रोड से जुड़े एक terahertz radiating एंटीना से कराई है. एक photoconductive emitter की मात्रा दक्षता सैद्धांतिक रूप से 100% तक पहुँच सकता है, पारंपरिक photoconductors के संपर्क इलेक्ट्रोड के लिए फोटो जनित वाहकों की अपेक्षाकृत लंबी परिवहन पथ लंबाई गंभीर रूप से उनके क्वांटम दक्षता सीमित है. इसके अतिरिक्त, वाहक स्क्रीनिंग प्रभाव और थर्मल टूटने सख्ती से अधिकतम उत्पादन पी सीमाower पारंपरिक photoconductive terahertz सूत्रों की. पारंपरिक photoconductive terahertz emitters की मात्रा दक्षता सीमाओं का पता करने के लिए, हम एक साथ उच्च मात्रा दक्षता और ultrafast आपरेशन की पेशकश करने के लिए एक plasmonic संपर्क इलेक्ट्रोड विन्यास को शामिल किया गया है जो एक नया photoconductive emitter की अवधारणा विकसित की है. नैनो पैमाने plasmonic संपर्क इलेक्ट्रोड का उपयोग करके, हम काफी पारंपरिक photoconductors 9 की तुलना photoconductor संपर्क इलेक्ट्रोड के लिए औसत फोटो जनित वाहक परिवहन मार्ग को कम. हमारे विधि भी उच्च ऑप्टिकल पंप शक्तियों पर वाहक स्क्रीनिंग प्रभाव और थर्मल टूटने को रोकने के द्वारा अधिकतम विकिरण terahertz शक्ति बढ़ाने, एंटीना को कैपेसिटिव लोडिंग में काफी वृद्धि के बिना बढ़ती photoconductor सक्रिय क्षेत्र की अनुमति देता है. शामिल plasmonic संपर्क इलेक्ट्रोड के द्वारा, हम एक पारंपरिक photoconductive ते की ऑप्टिकल करने वाली terahertz सत्ता परिवर्तन दक्षता बढ़ाने का प्रदर्शन50 10 का एक पहलू से rahertz emitter है.
Introduction
हम परिमाण के दो आदेशों द्वारा ऑप्टिकल करने वाली terahertz रूपांतरण दक्षता बढ़ाने के लिए एक plasmonic संपर्क इलेक्ट्रोड विन्यास का उपयोग करता है कि एक उपन्यास photoconductive terahertz emitter के प्रस्तुत करते हैं. हमारी तकनीक उच्च मात्रा दक्षता और पारंपरिक photoconductors की ultrafast के आपरेशन के बीच निहित tradeoff के आरंभ से जो पारंपरिक photoconductive terahertz उत्सर्जक, अर्थात् कम बिजली उत्पादन और गरीब शक्ति दक्षता, का सबसे महत्वपूर्ण सीमाओं को संबोधित करता है.
इस मेंढक कूद प्रदर्शन में सुधार के लिए नेतृत्व किया है कि हमारे डिजाइन में कुंजी सस्ता माल में से एक संपर्क इलेक्ट्रोड के पास फोटो जनित वाहक की एक बड़ी संख्या है, जम जाता है कि एक संपर्क इलेक्ट्रोड विन्यास डिजाइन करने के लिए वे भीतर एकत्र किया जा सकता है कि इस तरह के एक उप पीकोसैकन्ड timescale. दूसरे शब्दों में, photoconductor ultrafast के संचालन और उच्च मात्रा दक्षता के बीच tradeoff फोटो पीढ़ी के स्थानिक हेरफेर से कम हैटेड वाहक. Plasmonic संपर्क इलेक्ट्रोड (1) plasmonic इलेक्ट्रोड (विवर्तन सीमा से परे), धातु संपर्क में (2) असाधारण प्रकाश वृद्धि और अर्धचालक इंटरफ़ेस 10, 11 तस्वीर को अवशोषित के बीच nanoscale युक्ति सक्रिय क्षेत्रों में प्रकाश कारावास की अनुमति देकर इस अद्वितीय क्षमता प्रदान करते हैं. हमारे समाधान का एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता यह terahertz radiating एंटीना के परजीवी लोडिंग में काफी वृद्धि के बिना बड़ा photoconductor सक्रिय क्षेत्रों accommodates है. उपयोग बड़े photoconductor सक्रिय क्षेत्रों पारंपरिक photoconductive उत्सर्जक से अधिकतम विकिरण सत्ता के लिए अंतिम सीमाएं हैं जो वाहक स्क्रीनिंग प्रभाव और थर्मल टूटने, कम करने के लिए सक्षम करें. इस वीडियो लेख गवर्निंग भौतिकी, संख्यात्मक मॉडलिंग, और प्रयोगात्मक सत्यापन का वर्णन करके हमारी प्रस्तुत समाधान की अनूठी विशेषताओं पर ध्यान केंद्रित किया है. हम प्रयोगात्मक एक plasmonic phot से 50 गुना ज्यादा terahertz शक्तियों का प्रदर्शनगैर plasmonic संपर्क इलेक्ट्रोड के साथ एक समान photoconductive emitter के साथ तुलना में oconductive emitter है.
Protocol
Representative Results
Discussion
इस वीडियो लेख में, हम परिमाण के दो आदेशों द्वारा ऑप्टिकल करने वाली terahertz रूपांतरण दक्षता बढ़ाने के लिए एक plasmonic संपर्क इलेक्ट्रोड विन्यास का उपयोग करता है कि एक उपन्यास photoconductive terahertz पीढ़ी तकनीक मौजूद है. प्रस…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखकों लेफ्टिनेंट GaAs सब्सट्रेट प्रदान करने के लिए Picometrix को धन्यवाद देता हूं और आभार मिशिगन अंतरिक्ष अनुदान कंसोर्टियम, डॉ. जॉन अल्ब्रेक्ट (अनुबंध # N66001-10-1-4027), NSF कैरियर द्वारा प्रबंधित DARPA के युवा संकाय पुरस्कार से वित्तीय सहायता स्वीकार करेगा पुरस्कार डॉ. समीर अल Ghazaly (अनुबंध # N00014-11-1-0096), डॉ. पॉल माकी (अनुबंध # N00014-12-1-0947) द्वारा प्रबंधित ONR युवा अन्वेषक पुरस्कार, और द्वारा प्रबंधित एआरओ युवा अन्वेषक पुरस्कार द्वारा प्रबंधित डॉ. देव पामर (अनुबंध # W911NF-12-1-0253).
Materials
| Reagent | |||
| Polymethyl Methacrylate (PMMA) | MicroChem | 950K PMMA A4 | |
| Hexamethyldisilazane (HMDS) | Shin-Etsu MicroSI | MicroPrime HP Primer | |
| Optical Photoresist | Dow Chemical | Megaposit SPR 220-3.0 | |
| Photoresist Developer | AZ Electronic Materials | AZ 300 MIF Developer | |
| Methyl Iso-Butyl Keytone (MIBK) | Avantor Performance Materials | 9322-03 | |
| Equipment | |||
| Ti:Sapphire Mode-Locked Laser | Coherent | MIRA 900D V10 XW OPT 110V | |
| Pyroelectric Detector | Spectrum Detector | SPI-A-65 THz | |
| Electron-Beam Lithography Tool | JEOL | JBX-6300-FS | |
| Plasma Stripper | Yield Engineering Systems | YES-CV200RFS | |
| Metal Evaporator | Denton Vacuum | SJ-20 | |
| Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Tool | GSI | GSI PECVD System | |
| Projection Lithography Stepper | GCA | AutoStep 200 | |
| Reactive Ion Etcher | LAM Research | 9400 | |
| Parameter Analyzer | Hewlett Packard | 4155A | |
| Optical Chopper | Thorlabs | MC2000 | |
| Lock-in Amplifier | Stanford Research Systems | SR830 | |
| Electrooptic Modulator | Thorlabs | EO-AM-NR-C2 | |
| Motorized Linear Stage | Thorlabs | NRT100 |
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