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最新研究:新型太赫兹波发射器

研究人员开发了一种掺杂金的锗器件。该器件能够发射出宽频段的太赫兹波。

太赫兹波在科学技术中的地位变得越来越重要。它使科学家能够揭示未来材料的特性。然而,太赫兹波的制造仍然是一个巨大的挑战。

《光:科学与应用》杂志报道,德国赫姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫研究中心(HZDR)、德累斯顿工业大学(TUD)和康斯坦茨大学(UOK)的研究人员在该领域取得了重大进展。他们开发了一种新型锗器件,能够产生具备优势特性的太赫兹脉冲:这种脉冲具有良好的宽带频谱,可同时传输多种太赫兹频率。新型锗器件可以用现有半导体工业方法制造,在未来有望得到广泛应用。

与光类似,太赫兹波属于电磁辐射。在光谱中,它们正好处于微波和红外辐射之间。虽然后两者早已进入人类的日常生活,但太赫兹波的应用才刚刚起步。其原因在于,研究人员还无法制造出比较完美的太赫兹波发射器。

研究人员利用光泵/THz探针光谱测试了锗器件中载流子的复合。

现有方法是用短激光脉冲辐照砷化镓晶体,以形成砷化镓电荷载流子。电荷被电压加速后产生太赫兹波。HZDR物理学家Harald Schneider博士解释说:“这种方法有很多缺点。例如,它涉及昂贵的特殊激光,对于廉价的标准激光器来说,这是行不通的。另外,砷化镓晶体只能提供相对窄带的太赫兹脉冲,频率范围受到了限制。”

因此,Schneider团队将视线转向了另一种半导体材料:锗。Schneider说:“锗晶体能够适用于便宜的光纤激光器。它的透明度非常好,有助于发射宽带脉冲。但新的问题产生了,如果用短激光脉冲照射纯锗,半导体中的电荷需要几微秒才会消失。然而,激光每隔几十纳秒就会发射一次脉冲。这样的发射速度对锗来说实在是太快了。”

为了克服这一困难,研究人员决定借助贵金属金的帮助。Abhishek Singh博士解释说:“我们用离子加速器将金原子射入锗晶体中。金渗透到晶体中大约100纳米的位置。随后,我们用热处理使金原子能够均匀分布于锗晶体中。”当研究人员再次用超短激光脉冲照射掺杂金的锗晶体时,发现电荷的消失时间缩短至不足两纳秒。

新方法使太赫兹脉冲的带宽达到了70太赫兹,这几乎是砷化镓技术的10倍。Schneider表示:“我们终于获得了连续的太赫兹光谱。这将使太赫兹技术的应用更具多样化。此外,锗与硅的兼容性非常好,工程师们可以用已有的微芯片技术处理锗晶体。”

期刊来源:《光:科学与应用》

期刊编号:2095-5545

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200316141549.htm

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