В связи с этим сегодня активно развиваются методы генерации и детектирования ТГц-излучения. Так, например, его получают с помощью фотопроводящей антенны (ФПА), которая работает благодаря короткоживущим носителям заряда. ФПА состоит из двух металлических электродов, нанесенных на полупроводниковую подложку с зазором между ними, а энергия ТГц-импульса поступает из электрической энергии, запасенной в зазоре. Фотопроводящие антенны экономичны, просты в изготовлении, надежны и показывают высокую частоту импульсов электромагнитного излучения.
Ученые из Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В. Г. Мокерова РАН (Москва), Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН (Москва), Института физики твердого тела имени Ю. А. Осипьяна РАН (Черноголовка) с коллегами из Университета Тохоку (Япония) предложили оригинальный способ увеличения мощности ТГц-излучения, разместив на поверхности фотопроводящих антенн линзу на основе сапфирового волокна с высоким коэффициентом преломления.
Модель фотопроводящей антенны (ФПА) большой площади (a); увеличенное изображение элемента ФПА с фокусирующей оптикой на основе профилированного сапфирового волокна (b); поперечное сечение исследуемой структуры (c). Источник: Ponomarev et al. / Opt. Lett., 2022
Предварительное численное моделирование показало, что использование линзы должно вызвать в зазоре антенны пространственное перераспределение энергии импульса лазерной накачки. Интенсивность волн в зазоре у единичной антенны с сапфировым волокном должна стать в 40 раз больше, чем без него.
Ученые предложили способ размещения сапфирового волокна на лицевой стороне поверхности фотопроводящей антенны, что позволяет пропускать лазерные лучи через линзу, освещая зазор между контактами антенны. При этом можно легко управлять положением сапфирового волокна относительно зазора. Исследователи ожидают, что предложенный ими подход приведет к увеличению интенсивности генерации электромагнитных волн в зазоре и, соответственно, мощности генерируемого ТГц-излучения. В результате этого общий КПД излучателя антенны вырастет до семи–десяти раз, что повысит эффективность работы устройств.
«Наша разработка ляжет в основу создания систем терагерцевой спектроскопии и визуализации, которые важны в ряде областей, включая создание систем неинвазивной диагностики раковых опухолей и высокоскоростной передачи информации на основе 5G и 6G»,— рассказывает первый автор статьи Дмитрий Пономарев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, заместитель директора ИСВЧПЭ РАН.
