Applicazioni dell’ingegneria nella gamma dei Terahertz
La recente crescita dell’interesse per la tecnologia nella gamma dei THz (o delle lunghezze d’onda submillimetriche) è iniziata con lo sviluppo di un emettitore di impulsi (cicli singoli) nella frequenze dei THz:il commutatore fotoconduttivo a semiconduttore, e il successivo sviluppo della spettroscopia nel dominio del tempo e nella gamma dei THz (Time Domain Spectroscopy, TDS). Da allora si è raggiunto un notevole successo nell’uso della TDS-THz per una vasta gamma di studi di imaging e spettroscopia. I recenti progressi nei sistemi a onde guidate, sia tramite strutture indipendenti, sia su chip, ha ampliato ulteriormente il campo di studio. L’obiettivo del progetto NOTES (New opportunities in terahertz engineering and science) era quello di sviluppare tecnologie basate sui laser a cascata quantica (QCL, Quantum Cascade Lasers) alle frequenze dei THz e nei sistemi a onde guidate, nonché di studiare la fisica dei sistemi elettronici di ridotte dimensioni basati su semiconduttori, nel dominio dei THZ/dei picosecondi. La risposta ad alta frequenza dell’elettronica su scala nanometrica è centrale per l’industria microelettronica e anche di fondamentale interesse scientifico. I QCL hanno il potenziale per trasformare la tecnologia THz, ma i limiti attuali comprendono la quantità di radiazione che può essere accoppiata fuori del dispositivo e la qualità del profilo del fascio. Il progetto ha studiato una serie di metodologie per l’ingegnerizzazione dell’emissione da superfici a bassa divergenza e dagli spigoli, in particolare con l’incisione di un intricato reticolo (un cristallo fotonico) in un QCL. I QCL THz sono stati utilizzati anche come amplificatori ottici, con i quali sono stati amplificati deboli impulsi di radiazione THz emessa da commutatori fotoconduttivi. Un QCL sintonizzabile può essere utile per molte applicazioni. Lo studio ha analizzato una serie di tecniche di imaging e spettroscopia QCL, la più notevole delle quali è un nuovo schema che consente l’uso di un dispositivo QCL sia per la generazione, sia per la rilevazione della radiazione THz, con alta sensibilità, una risposta molto veloce e un design semplice e compatto. Per sviluppare la comprensione della conducibilità dinamica ad alta frequenza dei sistemi elettronici a bassa dimensionalità, il team ha creato un sistema di trasmissione THz-TDS. Questo è stato in grado di misurare contemporaneamente i componenti di polarizzazione ortogonale di un segnale propagantesi nello spazio libero e di estrarre i componenti del tensore di conducibilità di un sistema di elettroni 2D (2DES). Utilizzando un 2DES modellato con una guida d’onda complanare, si è stabilita e interpretata nel contesto dei modelli teorici di magnetoconduttività, l’influenza a breve e lungo raggio dei potenziali d’impurità sulla risposta ad alta frequenza del 2DES (a 20 GHz).
Parole chiave
Ingegneria nella gamma dei Terahertz, spettroscopia nel dominio del tempo, sistemi a onde guidate, laser a cascata quantica, magneto-conducibilità
