В. Д. АНЦЫГИН, В. П. КОРОЛЬКОВ, А. С. КОНЧЕНКО, А. А. МАМРАШЕВ, Н. А. НИКОЛАЕВ, О. И. ПОТАТУРКИН
Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск
МНОГоэлементный генератор
терагерцового излучения
на основе ПОПЕРЕЧНОГО фотоЭФФЕКТА ДЕМБЕРА
Разработан и создан многоэлементный генератор импульсного терагерцового излучения на основе преобразования фемтосекундного излучения волоконных лазеров за счет поперечного фотоэффекта Дембера на поверхности полупроводников p-InAs. Рассмотрены методы настройки генератора и экспериментально исследованы его характеристики. Предложены пути увеличения эффективности преобразования лазерного излучения в терагерцовое.
Метод генерации терагерцового (ТГц) излучения за счет преобразования фемтосекундных лазерных импульсов на поверхности полупроводников известен с 1990 года [1] и широко применяется при создании систем импульсной терагерцовой спектроскопии. Основным механизмом генерации при этом является формирование фототока за счет разной скорости диффузии фотовозбужденных электронов и дырок вглубь полупроводника в направлении градиента их концентрации (фотоэффект Дембера) [2]. Такие генераторы имеет достаточно простую конструкцию, однако их эффективность на несколько порядков ниже фотопроводящих антенн. Эффективность оптико-терагерцового преобразования может быть повышена за счет приложения магнитного поля к поверхности полупроводника [3]. Также повысить эффективность может создание фототока вдоль поверхности полупроводника, перпендикулярно направлению падающего лазерного излучения накачки (поперечный фотоэффект Дембера) [4].
В данной работе представляется подход, основанный на поперечном фотоэффекте Дембера. Фемтосекундное лазерное излучение фокусируется растром цилиндрических микролинз на края зон линейной бинарной амплитудной решетки, сформированной из непрозрачных полос золота на поверхности полупроводниковой пластины p-InAs (рис. 1). За счет применения микролинз эффективно используется излучение накачки, формируется резкая граница между засвеченной и незасвеченной областями и создается высокий градиент концентрации фотоносителей, что обусловливает эффективную генерацию ТГц излучения на каждом элементе. Когерентное сложение излучения отдельных источников в многоэлементном генераторе также позволяет повысить эффективность.
Рис. 1. Многоэлементный генератор ТГц излучения: 1 – фемтосекундное лазерное излучение; 2 – растр цилиндрических микролинз; 3 – золотые полосы;
4 – полупроводник p-InAs; 5 – диаграмма направленности терагерцового излучения
Решетки микролинзового растра и золотых полос совмещаются по направлению за счет эффекта Муара. Совмещение фокусов микролинз с краями амплитудной решетки производится по перепаду отражения.
Проведены экспериментальные исследования изготовленного генератора в составе широкополосного терагерцового спектрометра [5]. На рис. 2 видны повторения импульса, связанные с переотражениями в генераторе. Предложены пути дальнейшего повышения эффективности генерации.
Рис. 2. Зависимость амплитуды электрического поля ТГц импульса от времени
Список литературы
1. Zhang X.-C., et al. Generation of femtosecond electromagnetic pulses from semiconductor surfaces. Appl. Phys. Lett. 1990. V.56. №11. P.1011–1013.
2. Krotkus A. Semiconductors for terahertz photonics applications. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V.43. №27. P.273001.
3. Weiss C., Wallenstein R., Beigang R. Magnetic-field-enhanced generation of terahertz radiation in semiconductor surfaces. Applied Physics Letters. 2000. V.77. №25. P.4160.
4. Klatt G., et al. Terahertz emission from lateral photo-Dember currents. Opt. Express. 2010. V.18. №5. P.4939–4947.
5. Анцыгин В. Д. и др. Малогабаритный терагерцовый спектрометр с использованием второй гармоники фемтосекундного волоконного лазера. Автометрия. 2010. Т.46. С.110–117.
