Optoelektronische Schalter und Terahertz-Antennen auf der Basis von LT-InGaAs-Quantenfilmen (ein Projekt im Topic 4)

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Gitta Bretz
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1 Optoelektronische Schalter und Terahertz-Antennen auf der Basis von LT-InGaAs-Quantenfilmen (ein Projekt im Topic 4)

2 THz-Systeme und ihre Anwendungen

3 Optoelektronische THz-Systeme zur Qualitätskontrolle tskontrolle

4 Femtosekunden-Lasersystem 100 fs-laserpulse; 80 Millionen pro Sekunde!

5 THz-Antennen Aufgeklebt und kontaktiert AFM-Bild

6 Erzeugung von THz-Pulsen Kurzer Laserpuls erzeugt Elektron-Loch-Paare. Si-Linse abgestrahlter THz-Puls Ein angelegtes elektrisches Feld reißt Elektronen und Löcher auseinander. sehr kurzer Stromstoß optischer Puls Aussendung von elektromagnetischer Strahlung. Dipolantenne V b

7 THz-Spektrometer substrate Silizium Linse lens kollimierende und fokussierende collimating optische Komponenten & focusing optics THz-Empfänger receiver t gating pulse y x THz field THz- beam Puls Schalt- gating pulse photoconductive photoleitende antenna Dipolantenne (THz (THz-Emitter) emitter) Schaltpuls w/o tip with tip x near-field tip sample Probe t (ps)

8 Glassplitter in einer Nussschokolade

9 Kontrolle der Schweißgüte von Kunststoffteilen Fehler in Schweißverbindungen können erkannt werden.

10 Fasergekoppeltes THz-System zur In-line Kontrolle der polymeren Compoundierung fasergekoppelte THz-Antennen machen das Leben leichter! (System wesentlich stabiler und leichter zu justieren)

11 Kommunikation mit THz-Wellen

12 Ein Blick in die Zukunft Im Jahr 2020 wird es In-door Kommunikationssysteme geben, die mit Trägerfrequenzen von 300 GHz arbeiten.

14 THz metrology gap Sichtbar Radiowellen Mikrowellen THz Infrarot Ultraviolett Röntgen Frequenz (Hz) Metrologisch praktisch nicht erschlossener Bereich zwischen 100 GHz und einigen THz.

Ultrakurze Spannungspulse auf Streifenleitungen zur Kalibrierung von Hochfrequenzbauteilen und ultraschneller Oszilloskope Dr. Siegner / Dr. Bieler AG 2.

15 Ultrakurze Spannungspulse auf Streifenleitungen zur Kalibrierung von Hochfrequenzbauteilen und ultraschneller Oszilloskope Dr. Siegner / Dr. Bieler AG 2.54 Terahertz-Optik laser pump pulse probe pulse THz field variable time-delay electro-optic crystal detection Device under test Schnelles Sampling Oszilloskop Photodioden, Transistoren, ICs, etc. Wer mehr wissen will: Promotionsvortrag Steffen Seitz 9. Mai, 14:00 Uhr, SN22.2

16 Femtosekunden-Lasersystem Zu teuer für viele kommerzielle Anwendungen. >

17 Vorteile von Faserlasern bei 1,55 µm gegenüber Tisa-Lasern Kompakter Geringerer Preis Wesentlich bessere Langzeitstabilität

18 Nachteil von Faserlasern bei 1,55 µm Aber: GaAs, LT-GaAs und SOS können nicht mehr angeregt werden. Neues Materialsystem erforderlich! LB LB 800 nm VB 1550 nm VB

19 LT-InGaAs multiple quantum wells T g <200 ºC, T a =500 ºC (in-situ) Dipole 60 µm gap 15 µm periods: 12 nm InGaAs:Be 8 nm InAlAs Bowtie 90 gap 10 µm SI-InP substrate Fast response Low dark current

20 Ergebnisse 60 µm dipole antennas excited with λ= 1,55 µm Emitter: 30 mw, 20 V Detector: 10 mw 30 1 Photocurrent [a.u.] ,0p 24,0p 22,0p 20,0p FFT Amplitude, normalised 0,1-10 0, Time [ps] Measurements over 9h excellent stability! 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 Frequency [THz] R. Wilk et al., CLEO 2007 bandwidth up to 1,5 THz

21 Detector: InGaAs vs. SOS Anregung mit 800 nm 80,0n 60,0n 40,0n InGaAs detector SOS detector (x10) 1 0,1 InGaAs detector (SNR=877, f=2,4thz) SOS detector (SNR=370, f=2,1thz) Photocurrent [A] 20,0n 0,0-20,0n -40,0n FFT Amplitude 0,01 1E-3 1E-4-60,0n Time [ps] 1E-5 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Frequency [THz] Emitter: GaAs 50 µm stripline antenna 36 mw 40V Detector: SOS 20/5 µm dipole 21 mw Detector: InGaAs 90 /10 µm bowtie 21 mw InGaAs-Antenne liefert stärkeres Signal

22 Geplante Aktivitäten ten Fasergekoppelte Antennen auf der Basis von LT-InGaAs-Quantenfilmen (IHF) Elektrische Pulse in Streifenleitungen (mit Dr. Siegner, und Dr. Bieler) Durchstimmbare ultrafrequenzstabile THz-Quelle auf der Basis der Photomischung, die ein Frequenznormal im THz-Bereich darstellt (mit Dr. Schrader, Dr. Kleine-Ostmann)

23 Optische Photomischung mit zwei Laserquellen E 1 (t) ω 1 E 2 (t) ω 2 E 1 (t) + E 2 (t) I E 1 (t) + E 2 (t) I 2 ( ω ) / 2 ω1 ( ω 2 + ω1) / ω ω + 2 ω 1 2 ω 1 2ω 1 2ω 2 2 2

24 Optische Photomischung mit zwei Laserquellen I E 1 (t) + E 2 (t) I 2 Strom E-Feld Zeit

25 Aktivitäten ten in den nächsten n sechs Monaten Fasergekoppelte Antennen (erster Prototyp mit Tisa betrieben) Elektrische Pulse in Streifenleitungen (erste Demonstration mit Tisa) Durchstimmbare ultrafrequenzstabile THz-Quelle (Photomischung mit DBR-Lasern)

26 Partner in der Übersicht JOMC-Partner während der Anschubphase Zusätzliche mögliche JOMC-Partner nach der Anschubphase Prof. Koch TU BS; IHF Prof. Büttgenbach TU BS; IMT Dr. Bieler Dr. Siegner PTB, 2.54 Dr. Schnatz Dr. Grosche PTB, 4.31 Dr. Schrader Dr. Kleine-Ostm. PTB, 2.2 Prof. Böhm TU BS; IFS Dr. Pierz PTB, 2.53

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