第十一章太赫兹技术.ppt

第十一章 太赫兹技术 主要内容 一. 认识太赫兹波 太赫兹波特性 应用领域 研究热点 二. 太赫兹源 各种太赫兹源 光电导太赫兹天线 物质THz光谱包含丰富的物理和化学信息，研究这一波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；另外THz脉冲光源与传统光源相比具有许多独特的性质： （1）瞬态性：脉宽在皮秒量级，可以对各种材料进行时间分辨研究； （2）宽带性：THz脉冲源一般只包括若干个周期的电磁振荡，单个脉冲的频带可以覆盖GHz到几十THz的范围； （3）相干性：由相干电流驱动的偶极子振荡产生，或是由相干的激光脉冲通过非线性光学差频效应产生； （4）低能性：光子能量只有几个毫电子伏，不会出现X射线电离和破坏被检测物质的现象； 用较短波长的光激发会使光生载流子散射到高能级的L和X的能谷中（如左图）。在这两个能谷中的载流子迁移率要比中心Γ中的低，THz响应由载流子回到Γ谷时间所决定 ，这就减缓了光电导性的开启。 右图给出了某点处太赫兹透射平均变化与泵浦-延迟时间的关系。很明显可以看出，当用较短波长的激光去激发光导体时，该导体具有光电导性需要的时间要略长。 g. GaAs光电导材料--- 激发光波长的选择 几种半导体的带隙 GaAs Eg (T)=1.519-5.408×10-4 T2/(T+204) Eg(eV) : GaAs直接带隙 T:绝对温度 990 1.252 650 971 1.277 600 952 1.302 550 934 1.327 500 917 1.352 450 901 1.376 400 886 1.399 350 872 1.422 300 858 1.445 250 846 1.465 200 835 1.485 150 826 1.501 100 819 1.514 50 816 1.519 0 1011 1.226 700 λg(nm) Eg(GaAs)(eV) T(K) AlxGa1-xAs x0.45时为直接带隙，x0.45时为间接带隙 Egdir(x) =1.422eV+x1.2475eV Egdir： AlxGa1-xAs直接带隙 x: Al的组分 588 2.11 0.90 599 2.07 0.80 605 2.05 0.70 614 2.02 0.60 620 2.00 0.50 626 1.98 0.45 646 1.92 0.40 667 1.86 0.35 689 1.80 0.30 717 1.73 0.25 743 1.67 0.20 770 1.61 0.15 800 1.55 0.10 838 1.48 0.05 872 1.422 0 574 2.16 1.00 λg(nm) Eg(x )(eV) x 间接带隙 直接带隙 InxGa1-xAs 3159 0.393 0.95 2903 0.427 0.90 2672 0.464 0.85 2465 0.503 0.80 2278 0.544 0.75 2110 0.588 0.70 1957 0.634 0.65 1820 0.681 0.60 1696 0.731 0.55 1583 0.784 0.50 1480 0.838 0.45 1386 0.894 0.40 1301 0.953 0.35 1223 1.014 0.30 1151 1.077 0.25 1086 1.142 0.20 1025 1.210 0.15 970 1.279 0.10 918 1.351 0.05 870 1.425 0 3444 0.360 1.00 λg(nm) Eg(x )(eV) x Eg(x)=1.425eV-x1.501eV+x2 0.436eV Eg(x):直接带隙InxGa1-xAs x:In的组分 光电导天线—结构 光电导天线结构通常有赫兹偶极子天线（小孔径天线）、传输线、大孔径光导天线以及偶极天线阵列等。高功率THz辐射天线一般由共面传输线、大孔径光导天线和偶极天线阵列产生。 光电导天线—小孔径天线 小孔径天线，两电极之间的距离远小于辐射中心波长的天线，电极间隙一般在十几至100微米之间，此时可将发射源看成一个偶极子。 辐射THz远场正比于电流对时间的导数，由于电荷加速发生在激光脉冲激发期间或刚激发后的瞬时，辐射电磁脉冲的近场形状大致与激光脉冲包络相同，光电流的产生比激光脉冲上升沿稍晚，并且由于屏蔽效应光电流的变化也较慢。 光电导天线—小孔径天线 * 太赫兹波（亚毫米波，远红外波）是指频率在0.1-10THz之间的电磁辐射。在电磁波谱上位于中红外和微波之间，代表了从量子机制传输理论到经典机制体传输理