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研究人员开发了用于太赫兹波的新型发射器

时间:2020-03-26   访问量:7

    来自德国亥姆霍兹大学、德国德累斯顿大学和德国康斯坦茨大学的研究人员已经开发出一种锗成分,可以产生具有良好特性的短太赫兹脉冲:这些脉冲具有极高的宽带频谱,因此它们可以同时产生。正如该团队在《光:科学与应用》杂志上报道的那样,这种发展有望在研究和技术领域得到广泛应用,因为有可能使用半导体工业中已经使用的方法来制造元件。

    像光一样,太赫兹波也被归类为电磁辐射。在光谱中,它们正好处于微波和红外辐射之间。然而,尽管微波和红外辐射在我们的日常生活中已经使用了很长时间,太赫兹波才刚刚开始使用。原因是,自21世纪初以来,专家们只能为太赫兹波构建一个合理可接受的信号源。然而,这些发射器仍然不完美——它们相对较大且昂贵,并且它们发射的辐射并不总是具有期望的特性。

    建立的一种生成方法是基于砷化镓晶体。如果用短激光脉冲照射半导体晶体,就会形成砷化镓电荷载流子。这些电荷通过施加电压来加速399001的产生,这与通过在甚高频发射机天线杆中产生移动电波来产生无线电波的机制相同。

    然而,这种方法有几个缺点:根据物理学家哈拉尔德·施奈德博士的说法,它只能用相对昂贵的专用激光器来操作。对于我们用于光纤通信的标准激光器,它不起作用。另一个缺点是砷化镓晶体只能传输相对窄带的太赫兹脉冲,因此频率范围有限,这极大地限制了应用领域。

    贵金属植入

    这就是为什么施耐德和他的团队押注于另一种材料——半导体锗。施耐德补充说,有了锗,我们可以使用廉价的激光器,即光纤激光器。此外,锗晶体非常透明,因此有助于发射非常宽带的脉冲。然而,到目前为止,他们有一个问题:如果用一个短的激光脉冲照射纯锗,需要几微秒才能使半导体中的电荷消失。只有这样,晶体才能吸收下一个激光脉冲。然而,今天的激光器能够以几十纳秒的间隔发射脉冲。对于锗来说,一系列的发射速度太快了。

    为了克服这个困难,专家们正在寻找一种方法使锗中的电荷消失得更快。他们找到了答案,这是一种杰出的贵金属——黄金。施耐德(施耐德)的同事阿比舍克·辛格博士解释说,他们已经用离子加速器将金原子发射到锗晶体中。黄金渗透到晶体的深度为100纳米。然后,科学家将晶体在900摄氏度下加热几个小时。热处理确保金原子均匀分布在锗晶体中。

    当团队使用超短激光脉冲照射胡椒锗时,成功开始了:电荷载流子不再在晶体中徘徊几微秒,而是在不到2纳秒的时间内再次消失——比以前快了几千倍。从视觉上来说,黄金就像一个陷阱,帮助捕获和抵消电荷。辛格补充说,锗晶体现在可以被高重复频率的激光脉冲轰击,仍然可以工作。

    低成本制造是可能的

    这种新方法可以提升极宽带宽的太赫兹脉冲:用成熟的砷化镓技术取代原来的7太赫兹,现在是70太赫兹的十倍。哈拉尔德施耐德(哈拉尔德·施奈德)说,他们一口气获得了一个宽的、连续的、无间隙的光谱。这意味着他们有一个最多样化的应用程序可用的公共资源。另一个好处是,使用与微芯片相同的技术可以有效地处理锗成分。与砷化镓不同,锗与硅兼容。此外,由于新组件可以与标准光纤激光器一起使用,您可以使该技术非常紧凑和便宜。

    这将使掺金锗成为一个有趣的选择,不仅用于科学应用,如创新二维材料(如石墨烯)的详细分析,还用于医疗和环境技术。例如,可以想象传感器通过太赫兹光光谱跟踪大气中的某些气体。今天,太赫兹光来源仍然太贵。在德累斯顿-罗斯森多夫(德累斯顿-罗森多夫)中开发的新方法有助于将来使这种环境传感器更便宜。

    

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