Anwendungen der Terahertz-Technik
Das jüngste vermehrte Interesse an THz- (oder Submillimeter-Wellenlängen) Technologie begann mit der Entwicklung eines gepulsten (Einzelzyklus) THz-Emitters - einem photoleitenden Halbleiterschalter - und der anschließenden Entwicklung von Zeitaufgelöster THz–Spektroskopie (THz-TDS). Seitdem wurden beachtliche Erfolge bei der Verwendung von THz-TDS für eine breite Palette von Bildgebungs- und Spektroskopie Studien erreicht. Die jüngsten Fortschritte in geführten Wellensystemen über freistehende Strukturen und On-Chip haben das Feld erweitert. Das Ziel des NOTES-Projekts (New opportunities in terahertz engineering and science) war die Entwicklung von Technologien auf der Grundlage von THz-Quantenkaskadenlaser (QCLs) und geführten Wellenleitersystemen und die Untersuchung der THz-Frequenz/Picosekundenphysik von niedrig-dimensionalen elektronischen Systemen auf Halbleiterbasis. Die Hochfrequenzantwort von Nanoelektronik ist für die Mikroelektronik-Industrie von zentraler Bedeutung und auch von grundlegendem wissenschaftlichen Interesse. QCL haben das Potential THz-Technologie zu transformieren, aber die aktuellen Einschränkungen umfassen die Menge an Strahlung, die aus der Vorrichtung ausgekoppelt werden kann sowie die Qualität des Strahlprofils. Das Projekt untersuchte eine Reihe von Methoden, um Oberflächen- und Kantenemission mit niedriger Divergenz zu konstruieren, insbesondere durch Ätzen eines komplizierten Musters (photonischer Kristall) in einen QCL. THz-QCLs wurden auch als optische Verstärker verwendet, in denen schwache Impulse von THz-Strahlung, die von photoleitenden Schaltern emittiert werden, verstärkt wurden. Abstimmbare QCL können sich für viele Anwendungen eignen. Eine Anzahl von QCL Bildgebungs- und Spektroskopietechniken wurde untersucht. Die bemerkenswerteste war ein neuartiges Schema, das die Verwendung einer QCL-Vorrichtung für die Erzeugung und Detektion von THz-Strahlung ermöglicht. Sie zeichnet sich durch hohe Empfindlichkeit, sehr schnelle Reaktionszeit und ein einfache und kompakte Bauweise aus. Um ein Verständnis für die dynamische Hochfrequenz-Leitfähigkeit von niedrig-dimensionalen Elektronensystemen zu entwickeln, baute das Team ein THz-TDS-Übertragungssystem. Dieses war in der Lage gleichzeitig die orthogonalen Polarisationskomponenten eines sich im freien Raum ausbreitenden Signals zu messen und die Leitfähigkeit der Tensorkomponenten eines 2D-Elektronensystem (2DES) zu extrahieren. Mithilfe eines 2DES, das mit einem Koplanarwellenleiter gemustert war, wurde der Einfluss von kurz- und langfristigen Verunreinigungspotentialen auf der 2DES-Hochfrequenzantwort (bis 20 GHz) festgelegt und im Rahmen von theoretischen Modellen der Magneto-Leitfähigkeit interpretiert.
Schlüsselbegriffe
Terahertz-Technik, Zeitbereichs-Spektroskopie, geführte Wellensysteme, Quantenkaskadenlaser, magneto-Leitfähigkeit
