两能谷效应对GaAs光电导天线载流子输运的影响

光电导天线(PCA)产生太赫兹(THz)辐射受光生载流子输运情况的影响很大。考虑到GaAs材料光电导天线两能谷效应,修正了德鲁德-洛伦兹模型,得到了载流子输运情况并与经典扩散-漂移模型仿真结果进行了对比。同时采用了时域有限差分方法(FDTD)耦合载流子密度,仿真太赫兹辐射时域波形,并与太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)测量时域波形对比。结果表明,两能谷效应修正的德鲁德-洛伦兹模型仿真辐射时域波形与THz-TDS测量波形吻合,14μm和34μm小孔径GaAs偶极子光电导天线在波长为800nm,脉冲半峰全宽为30fs,脉冲重复频率为75MHz,平均功率为327mW的钛宝石飞秒激光器照射条件下,GaAs材料衬底两能谷效应引起的载流子输运变化对THz辐射起关键作用。     

偏振可调的太赫兹光电导天线设计北大核心

提出了一种偏振可调的太赫兹光电导天线,其结构由四个弧形金属电极、低温砷化镓衬底和氮化硅抗反射涂层构成。通过对光电导天线的工作原理分析,可以发现弧形金属电极结构决定天线的辐射偏振,且衬底的载流子迁移率、载流子寿命和衬底材料对激光的吸收直接影响天线的辐射特性。利用COMSOL软件对该光电导天线进行建模仿真,其结果表明该光电导天线可以在45°方向倍增地辐射线偏振太赫兹波,且辐射强度相较于常规光电导天线提高了30%,辐射带宽高达10 THz。所设计太赫兹光电导天线具有偏振可调、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹光谱检测领域具有广阔的应用前景。     

低温生长砷化镓光电导天线产生太赫兹波的辐射特性

研究了低温生长砷化镓光电导天线(LT-GaAs PCA)产生太赫兹(THz)波的辐射特性。利用太赫兹时域光谱(TDS)技术测量了光电导发射极在飞秒激光作用下辐射的太赫兹脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换(FFT)得到相应的频域光谱。结果表明,低温砷化镓光电导天线产生的太赫兹波信号比飞秒激光激发半导体表面产生的太赫兹波信号具有更高的强度和信噪比;太赫兹波信号与光电导天线的偏置电压成线性关系;随着抽运激光功率的增强,太赫兹波信号增大并出现饱和。     

小孔径蝴蝶型光电导天线太赫兹辐射源的研究

研究了5种小孔径光电导天线的太赫兹发射特性,并且对它们所发射的太赫兹波进行了对比,为研制高效率的太赫兹波发射源提供了参考依据。利用太赫兹时域光谱技术测量了光电导天线发射的太赫兹（THz）脉冲,得到了时域发射光谱,并通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱。结果表明,太赫兹信号强度随偏置电压的增大而增强;随着泵浦激光功率的增大而增强并出现饱和现象。偏置电压与泵浦激光功率相同时,我们对比5种光电导天线产生的太赫兹信号,从中找到了一种发射效率较高的小孔径光电导天线,并且研究了电极形状、电极间距对光电导天线发射效率的     

基于DL模型与时域耦合波理论的PCA THz调制机理研究

太赫兹电导天线是太赫兹源或探测器的最常用器件之一。针对太赫兹波与金属微结构之间的相互作用效应以及远场辐射调制机理问题,本文提出了基于DL模型与时域耦合波理论的光电导天线太赫兹波调制机理研究。在工形光电导天线上引入金属微结构,采用DL模型理论求解瞬态电流以及时变电磁场,并经由格林函数处理后实现PCA THz的远场辐射;同时建立了瞬态电流和局域电磁模式之间的耦合模型,利用时域耦合波理分析了微结构光导天线THz波辐射的机理。研究结果表明:本文引入的微结构改变了等效模型的辐射阻抗,局域电磁模式能够存储能量6 ps后通过调整结构间的耦合系数以散射损耗形式释放出来;且存在耦合作用时,组合微结构对应共振频率处的辐射得到极大增强,该结论为后续光导天线结构设计和太赫兹波辐射调制奠定重要基础。     

InGaAs/InAlAs光电导太赫兹发射天线的制备与表征

光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件，具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延(MBE)方法制备InGaAs/InAlAs超晶格作为1 550 nm光电导天线的光吸收材料，使用原子力显微镜、光致发光、高分辨X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量；通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了4.5 THz的频谱宽度，动态范围为45 dB。     

大间隙GaAs光导天线的太赫兹辐射频谱特性

从麦克斯韦方程出发,采用电涌模型对用飞秒激光触发大间隙光导天线产生的太赫兹脉冲远场辐射特性进行研究。文章分析了大间隙GaAs光电导天线的天线电极形状和参数、天线间隙对产生的THz脉冲频谱特性的影响。用制作不同间隙、天线形状的光导天线进行产生THz辐射的实验,仿真实验结果表明:大间隙光导天线的带宽为0.1 THz～2 THz,不同的电极形状主要影响1 THz～2 THz频段内的THz信号幅值;间隙更小的光导天线的频谱带宽稍宽,而且在1 THz以上的高频段信号略高一些。     

基于整形飞秒激光脉冲泵浦光电导天线的宽带太赫兹辐射研究

飞秒激光脉冲泵浦光电导天线可以产生宽带太赫兹脉冲辐射。采用具有缓慢上升-快速下降整形脉冲包络的飞秒激光脉冲与光电导天线作用产生宽带太赫兹辐射,基于Drude-Lorentz模型计算了太赫兹辐射的规律,并讨论了激光脉冲脉宽和半导体载流子寿命对太赫兹辐射产生的影响。研究结果表明,尽管这种整形飞秒激光脉冲的能量有所损失,但是这种泵浦方式能够比普通飞秒激光脉冲泵浦光电导天线产生更宽的太赫兹辐射。该结果为实验上基于光电导天线产生宽带太赫兹脉冲辐射提供了新的思路     

可产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源

基于太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统，使用两个相互垂直的光电导天线构建了1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列。通过调控各个阵元的偏置电压，对其辐射太赫兹波的偏振方向进行研究。结果表明：在已实现光电导发射天线阵列的高效合成以及可同时检测脉冲太赫兹波的振幅、相位及偏振态的探测天线的基础上，通过调控各个阵元的偏置电压分别改变了平行和垂直两个阵元辐射太赫兹波的强度；经过1×2 GaAs光电导太赫兹源阵列在远场的同步合成，可产生不同偏振方向的脉冲太赫兹波，实现了以全电控的方式产生任意偏振方向太赫兹波的光电导太赫兹辐射源。     

低温生长砷化镓光电导天线产生太赫兹波

宽频太赫兹(THz)技术在国防、科研等领域有着广阔的应用前景,光电导天线是产生宽频THz波的重要手段.分析了低温生长和高温退火对光电导天线材料载流子寿命和电阻率的影响.在生长温度为230℃和250℃,退火温度为475℃的低温生长砷化镓(LTG-GaAs)上制备了领结(BowTie)和偶极子(Dipole)两种电极结构的小孔径光电导天线.实验给出,在250℃生长的LTG-GaAs上制备的光电导天线产生的太赫兹波辐射强度和频谱宽度较好,谱宽达到了3.6 THz,BowTie天线的辐射强度优于Dipole天线.两种形状的光电导天线皆可在10 V的偏置电压下产生太赫兹波辐射.     

金纳米棒结构太赫兹光电导天线设计

由于光电导天线的太赫兹(Terahertz THz)辐射效率较低,根据光电导天线设计原理设计了一种新的光电导天线结构,该结构在蝶形光电导天线电极间隙处增添了金纳米棒阵列,阵列按正三角形排列,通过时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)对所提结构和蝶形光电导天线结构进行仿真模拟。模拟结果表明此结构与蝶形光电导天线相比,光吸收率提高了269%,电场强度提高了985%,光电流提高了两倍。研究结果为实现太赫兹光电导天线的高功率转换效率提供了一种有前景的方法。     

光电导天线太赫兹辐射研究

利用超短激光脉冲触发光电导天线产生太赫兹波是目前研究比较深入,同时得到广泛采用的一种太赫兹波源.电流瞬冲模型能较好地解释光电导天线辐射太赫兹波的机理,并且与实验相吻合,因而被普遍接受.影响光电导天线的因素有材料性质、偏转电压、激光脉冲宽度和单脉冲能量等,其中激光脉冲宽度和激光脉冲能量对太赫兹辐射有很重要的影响.材料中的光生载流子寿命对辐射也有一定的影响.当改变这些参数时,辐射的太赫兹波有不同的特性变化.此外,逐步增大激光脉冲能量,会发现辐射的太赫兹波强度存在一个饱和特性.     

飞秒激光触发光电导天线产生太赫兹波的研究

研究了光电导天线产生太赫兹波的辐射特性,利用麦克斯韦方程及其边界条件,计算了近远场的电场强度;采用电磁波时域有限差分方法（FDTD）,在Matlab系统软件中,用C语言编写程序计算光电导偶极天线的辐射太赫兹波的空间电磁场分布,并在计算机上以伪彩色图形显示,这种电磁场的可视化结果为天线的设计和改进提供了直观的物理依据。     

太赫兹光电导天线发射装置的优化设计

为了研究金属纳米狭缝对太赫兹光电导天线辐射功率的影响,基于时域有限差分法对太赫兹波通过金属狭缝时的增强特性进行了分析计算,研究了太赫兹波通过金属纳米狭缝电场的增强幅度与狭缝宽度和太赫兹波频率之间的规律。结果表明,在太赫兹光电导天线发射装置上增加一个纳米狭缝能够增强太赫兹波的发射功率,频率为0.1THz的太赫兹波通过70nm宽度金属狭缝时,辐射功率最大可以增强800倍。该研究结果对太赫兹光电导天线结构的改进有一定的借鉴意义。     

偶极子光电导天线结构对THz 辐射特性影响的研究

研究了GaAs工型偶极子光电导天线(PCA)结构参数对THz辐射特性的影响。首先利用DL(Drude-Lorentz)模型得到了光电导天线的电流解析解,结合时域有限差分(FDTD)进行半解析半数值仿真,有效地解决了纯解析解(通过光电流对时间求导数可以得到辐射的THz的相对强度)无法和PCA结构直接对应的仿真问题,也较直接全波FDTD方法计算效率高。接着,利用偶极子光电导天线的等效电路模型和等效源阻抗公式,结合实际的PCA参数,分别得到了PCA阻抗和源阻抗,说明了由于源阻抗很低,导致匹配效率较低。最后,综合考虑数值仿真结果和理论计算结果可证明,工型偶极子光电导天线的辐射效率会随着其长宽比的增加而相应增加,该结论与相关文献实测结果吻合,从而也验证了文中FDTD仿真结果、理论模型及计算结果的有效性。     

小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性研究

研究了小孔径螺旋型光电导天线的太赫兹辐射特性.利用太赫兹时域光谱技术测量了螺旋型光导天线辐射的太赫兹波谱,得到了其时域发射光谱.通过快速傅里叶变换得到相应的频域光谱,同时对两种不同孔径螺旋天线的太赫兹辐射特性进行了比较.实验结果表明,太赫兹信号强度会随偏置电压的增大而增强;在偏置电压和泵浦光功率相同的情况下,较小孔径的...     

太赫兹时域频谱仪用宽带光导天线的研究

采用大型电磁计算软件CST对一种现有的偶极子型光电导天线的方向性进行仿真计算。结果表明,这种偶极子型光电导天线或最大辐射方向随着频率的变化而发生显著变化,方向性比较差,造成其在应用于太赫兹时域频谱仪时效率低下,且对环境存在电磁污染的问题。本文的研究方法可以用于研究新的光电导天线,从而改进太赫兹时域频谱仪用光电导天线的性能。     

InSb光电导太赫兹源材料性质及辐射场研究

为了研究锑化铟(InSb)半导体材料光电导太赫兹辐射过程,用数值计算方法分析材料内载流子迁移率和表面电流,以及不同性质抽运激光器对太赫兹波近场强度的影响,用宏观电磁场理论和微观半导体理论分析材料表面电流,比较了InSb和GaAs材料的太赫兹波功率谱曲线。结果表明,InSb材料载流子弛豫时间越长,载流子迁移率越大;表面电流与载流子寿命和弛豫时间成正比;宏观电磁场理论更适于分析表面电流;抽运激光饱和能量密度越大,太赫兹近场辐射强度越强;抽运激光脉冲宽度越短,太赫兹近场辐射强度越强;InSb光电导辐射太赫兹波功率比GaAs高。该结果为基于InSb光电导太赫兹辐射源的研究奠定了一定的基础。     

InSb材料光电导辐射太赫兹波理论研究

分析基于光电导理论的太赫兹(THz)辐射原理,对基于锑化铟(InSb)半导体材料的光电导辐射过程进行理论推导,并获得太赫兹近远场辐射等参数.利用有限时域差分(FDTD)方法分析空域太赫兹波的传播过程,得到不同时刻太赫兹波传播的三维效果图.理论研究结果与文献实验数据较好吻合,证明研究方法的正确性.     

光电导天线太赫兹波辐射特性研究进展

太赫兹科学技术已经成为当前电磁领域研究的热点,太赫兹波的产生是其关键技术,光电导天线(PCA)是目前产生宽频太赫兹波的重要手段。根据光电导天线太赫兹波的辐射特性的文献报道,对光电导天线产生太赫兹波的耦合输出效率、辐射场型、极化特性等研究进展做了较全面的评述,并针对光电导天线辐射特性对光电导天线应用的意义进行了探讨和展望,以期对光电导天线产生太赫兹波的研究和应用提供参考。