Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения на основе оптического транзистора



Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения на основе оптического транзистора
Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения на основе оптического транзистора

 

G02F1/00 - Устройства или приспособления для управления интенсивностью, цветом, фазой, поляризацией или направлением света, исходящего от независимого источника, например для переключения, стробирования или модуляции; нелинейная оптика (термометры с использованием изменения цвета или прозрачности G01K 11/12; с использованием изменения параметров флуоресценцией G01K 11/32; световоды G02B 6/00; оптические устройства или приспособления с использованием подвижных или деформируемых элементов для управления светом от независимого источника G02B 26/00; управление светом вообще G05D 25/00; системы визуальной сигнализации G08B 5/00; устройства для индикации меняющейся информации путем выбора или комбинации отдельных элементов G09F 9/00; схемы и устройства управления для приборов

Владельцы патента RU 2536327:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) (RU)

Изобретение относится к области генерации электромагнитного излучения в субтерагерцовом и терагерцовом диапазонах частот. Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения включает источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент. Оптический активный элемент оснащен дополнительным полевым транзистором, имеющим в подзатворной области слой полупроводника с коротким временем жизни фотовозбужденных носителей заряда, затвор из прозрачного или полупрозрачного материала, при этом электрическое смещение подается на сток и исток проводящего канала полевого транзистора. Технический результат заключается в увеличении выходной мощности. 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области генераторов электромагнитного излучения, работающих в субтерагерцовом и терагерцовом диапазонах частот (50-2000 ГГц). Изобретение представляет собой генератор, основанный на оптическом преобразовании импульсов фемтосекундного лазера или суммы полей излучения двух лазеров, работающих в непрерывном режиме, с последующей высокочастотной модуляцией электрического тока, протекающего внутри устройства. Генератор может быть исполнен в твердотельном варианте, при этом электрический ток протекает по проводящему каналу полевого транзистора. Изобретение может использоваться в разнообразных областях науки и техники: молекулярной и твердотельной спектроскопии, системах высокочастотной беспроводной связи, космических исследованиях, биологии, медицинской томографии.

Известен генератор субтерагерцового и терагерцового излучения, использующий принцип оптического преобразования коротких импульсов фемтосекундного лазера, осуществляемого на оптически активном элементе-фотосмесителе (time domain terahertz generation). Устройство также содержит сам источник лазерного излучения и электрическую цепь с источником напряжения и индуктивной нагрузкой, выступающей в качестве антенны для эффективного излучения генерируемой электромагнитной волны в субтерагерцовом и терагерцовом диапазоне частот. В качестве оптически активного элемента используется материал, характеризуемый ультракоротким временем жизни (менее 1 пс) фотовозбужденных носителей заряда. Таким материалом является, например, полупроводник, обладающий большим количеством структурных дефектов, на которых эффективно осуществляется захват носителей заряда. Наиболее часто для приложений используется нелегированный арсенид галлия, выращенный при низкой температуре (LT-GaAs), либо легированный редкими землями (GaAs:Er) или ионно-облученный. Принцип действия генератора заключается в фотовозбуждении носителей заряда при поглощении полупроводником импульса лазерного излучения, что приводит к короткому импульсу электрического тока длительностью порядка 1 пс в облучаемом материале при приложении к нему внешнего электрического смещения.

Переходная характеристика импульса электрического тока, который протекает через полупроводник и внешнюю электрическую цепь, определяет частотную характеристику электромагнитного излучения, генерируемого данной системой. Спектр излучения оказывается существенно немонохроматическим и преимущественно находится в диапазоне 100 ГГц - 2 ТГц, средняя во времени и интегральная по всем частотам мощность излучения не превышает несколько десятков милливатт («TERAHERTZ RADIATION EMISSION AND DETECTION», европейский патент № EP 0606776 A2, опубл. 20.07.1994).

Известен генератор субтерагерцового и терагерцового излучения, содержащий источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент, использующий принцип оптического преобразования на полупроводниковом фотосмесителе суммы полей излучения двух лазеров, работающих в непрерывном режиме (frequency domain terahertz generation). Физический принцип действия и устройство генератора аналогичны ранее описанным, с тем существенным изменением, что при работе используются два непрерывных лазера, и частотная характеристика протекающего фототока определяется разностью между частотами генерации двух лазеров. Спектр выходного излучения является монохроматическим с шириной линии, определяемой ширинами линий генерации лазеров. Однако выходная мощность таких генераторов оказывается крайне малой и составляет десятки микроватт на частотах порядка 100 ГГц и сотни нановатт на частотах порядка 2 ТГц («LIGHT MIXER FOR GENERATING TERAHERTZ RADIATION», патент США № US 20120261577 A1 опубл. 18.10.2012).

Существенно, что выходные мощности описанных генераторов принципиально ограничиваются величиной фототока, который генерируется при поглощении лазерного излучения. Максимальная величина фототока составляет несколько десятков миллиампер и определяется главным образом предельной плотностью мощности падающего света, которую способен выдержать материал полупроводника (порядка 1 мВт/мкм2).

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении выходной мощности генераторов субтерагерцового и терагерцового излучения, основанных на принципе оптического выпрямления импульсов фемтосекундного лазера или суммы полей излучения двух лазеров, работающих в непрерывном режиме.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата. Для достижения заявленного технического результата оптически активный элемент дополняется полевым транзистором. При этом реализуется такой режим работы генератора субтерагерцового и терагерцового излучения, когда воздействие попадающего на оптически активный элемент излучения лазера приводит к уменьшению электрического тока, стационарно протекающего через канал полевого транзистора при постоянном электрическом смещении. Так как мощность генерируемого субтерагерцового и терагерцового излучения задается скоростью изменения (первой производной по времени) величины электрического тока в цепи генератора, такой режим работы физически эквивалентен указанному ранее, когда электрический ток возникал в результате фотовозбуждения носителей электрического заряда. Однако амплитуда переменной составляющей электрического тока в описываемом устройстве определяется не существенно ограниченной величиной фототока, а гораздо большей величиной постоянного тока, протекающего через канал полевого транзистора, и глубиной его модуляции под воздействием оптического излучения, которая может достигать единицы. Ключевым отличием режима работы предлагаемого генератора от описанных ранее устройств является инверсия результата воздействия лазерного излучения: в предлагаемом устройстве оно приводит к уменьшению электрического тока, протекающего через цепь, внешнюю по отношению к оптически активному элементу. Для реализации такого режима работы генератора на основе полевого транзистора, в полупроводниковую структуру, содержащую слой оптический активного полупроводника (например, LT-GaAs), в процессе роста добавляются полупроводниковые слои, образующие наноструктуру с двумерным заряженным слоем, которая отделена изолирующей прослойкой (например, барьером из материала Al0.3Ga0.7As) от слоя LT-GaAs. Двумерный заряженный слой затем используется в качестве проводящего канала полевого транзистора, а прозрачный или полупрозрачный затвор транзистора формируется прямо на поверхности слоя LT-GaAs. Постоянное отрицательное смещение, подаваемое на затвор транзистора, приводит к уменьшению проводимости канала, степень которого определяется полной толщиной прослойки изолятора между двумерным каналом и затвором. При отсутствии оптической подсветки данная толщина изолятора равна сумме толщин слоя LT-GaAs и изолирующей прослойки до проводящего канала. При освещении лазерным светом с энергией кванта, большей ширины запрещенной зоны материала GaAs и меньшей ширины запрещенной зоны материала Al0.3Ga0.7As, слой LT-GaAs становится хорошо проводящим, и полная толщина изолятора уменьшается, что приводит к усилению эффекта поля и уменьшению тока через канал полевого транзистора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема описываемого генератора субтерагерцового и терагерцового излучения, содержащего источник лазерного излучения 1, электрическую цепь с источниками напряжения 2, 3 и импедансной нагрузкой 4, а также оптически активный элемент 5, оснащенный полевым транзистором, данную связку в дальнейшем называем оптическим транзистором.

Оптический транзистор (фиг.2) содержит слой LT-GaAs 6, под которым расположена изолирующая прослойка 7 и проводящий канал полевого транзистора 8. К каналу полевого транзистора сделаны как минимум два омических контакта 9, служащих стоком и истоком транзистора. Над слоем LT-GaAs сформирован прозрачный или полупрозрачный затвор полевого транзистора 10.

На затвор подается небольшое отрицательное напряжение от источника 2 (фиг.1) относительно стока или истока, которое слабо запирает транзистор при отсутствии света. Между стоком и истоком транзистора 9 при отсутствии света протекает электрический ток благодаря включению источника напряжения 3 во внешнюю цепь прибора, содержающую в себе также нагрузку 4 с импедансом Z, обеспечивающим эффективную генерацию субтерагерцового и терагерцового излучения 11. Для работы описываемого генератора на затвор полевого транзистора 10 направляется лазерное излучение 1 от двух непрерывных лазеров с частотами генерации f1 и f2 либо от импульсного лазера. Согласно описанному выше механизму, это приводит соответственно к модуляции электрического тока в канале полевого транзистора на разностной частоте | f 1 f 2 | , либо к сверхкоротким провалам в величине тока («импульсам выключения тока»), что вызывает генерацию субтерагерцового или терагерцового излучения на нагрузке 4.

Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения на основе оптического транзистора, включающий источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент, отличающийся тем, что оптический активный элемент оснащен дополнительным полевым транзистором, имеющим в подзатворной области слой полупроводника с коротким временем жизни фотовозбужденных носителей заряда, затвор из прозрачного или полупрозрачного материала, а также тем, что электрическое смещение подается на сток и исток проводящего канала полевого транзистора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам изготовления противоотражающих структур для датчиков изображения на основе комплементарных металлооксидных полупроводников. .

Изобретение относится к системам боковой подсветки. Система боковой подсветки содержит источник излучения в виде, по меньшей мере, одного светодиода; нижнее зеркало с зеркальным покрытием; верхнюю зеркально-диффузную пленку, расположенную выше нижнего зеркала и боковые зеркала, расположенные с четырех сторон и образующие совместно с нижним зеркалом и верхней зеркально-диффузионной пленкой воздушный волновод.

Объединенная система видения и отображения содержит формирующий отображаемое изображение слой; детектор изображения, выполненный с возможностью визуализации инфракрасного излучения в узком диапазоне углов относительно нормали к поверхности отображения и включающий в себя отражение от одного или более объектов на поверхности отображения или вблизи нее; излучатель системы видения, выполненный с возможностью излучения инфракрасного излучения для освещения объектов; пропускающий видимое и инфракрасное излучение световод, имеющий противолежащие верхнюю и/или нижнюю поверхности, выполненный с возможностью приема инфракрасного излучения от излучателя системы видения, проведения инфракрасного излучения посредством TIR от верхней и нижней поверхностей и проецирования инфракрасного излучения на объект за пределами узкого диапазона углов относительно нормали к поверхности отображения.

Система сканирования коллимированного света содержит оптический волновод, систему ввода света в первый конец оптического волновода и контроллер для управления местоположением вдоль первого конца оптического волновода.

Изобретение относится к области электротехники и оптики и касается способа получения инфракрасного излучения. Для получения инфракрасного излучения электрический сигнал подают на вход блока предыскажений.

Группа изобретений относится к области светотехники. Техническим результатом является предотвращение или исключение неравномерной яркости света, испущенного из светопроводящей пластины.

Изобретение относится к генераторам импульсного широкополосного электромагнитного излучения терагерцового диапазона частот. Многоэлементный генератор терагерцового излучения содержит исследуемый образец, фемтосекундный лазер, многоэлементный эмиттер, в котором элементарный эмиттер представляет собой слой кристаллического полупроводника с напыленной металлической маской, формирующей резкий градиент освещенности слоя кристаллического полупроводника лазерным излучением.

Изобретение относится к устройствам предохранения фоточувствительных элементов оптических и оптоэлектронных систем от разрушающего воздействия мощного излучения.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение качества отображения путем подавления неоднородности яркости и цвета на экране дисплея.

Изобретение относится к оптической технике. Устройство для модуляции монохроматического оптического излучения содержит оптически прозрачную среду, в которой установлены разделитель монохроматического оптического излучения на первый и второй каналы распространения, отражающий элемент во втором канале, участок когерентного суммирования для формирования модулированного монохроматического оптического излучения.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является устранение неравномерной яркости.
Изобретение относится к оптической технике, а именно к способу изготовления тонированного изделия для прозрачных поверхностей с возможностью регулирования степени их светопропускания. Способ изготовления тонированного изделия, содержащего тонировочную пленку, включает соединение полимерных листов. В качестве полимерных листов используют два листа из прозрачного материала с нанесением на один из них в виде точек размером менее 30 мкм эластичного полимера, его полимеризацией, соединением с другим листом путем наложения с последующей герметизацией по контуру и введением через клапан в межпленочное пространство окрашенной оптически прозрачной рабочей жидкости для регулирования степени светопропускания путем ее ввода и вывода. При вводе рабочей жидкости показатель светопропускания уменьшается, а при выводе рабочей жидкости показатель светопропускания увеличивается. Технический результат - возможность регулирования степени светопропускания, а значит улучшение оптических характеристик поверхностей в зависимости от эксплуатационных условий. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к оптоэлектронике. Способ генерации электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне заключается во взаимодействии направленного возбуждающего излучения с активной средой образца и получении вторичного электромагнитного излучения. В качестве активной среды образца используют материал со свойствами топологического изолятора, при этом возбуждение осуществляют импульсным излучением с длительностью возбуждающих импульсов τ=10-12-10-14 с, энергией в импульсе Eимп=10-5-10-2 Дж и длиной волны λвозб=350-5000 нм, причем возбуждающее излучение направляют на плоскость образца с активной средой под углом α≠90°. В качестве активной среды может быть использована тонкая пленка или кристалл селенида висмута (Bi2Se3) или теллурида висмута (Bi2Te3). В качестве детектирующего элемента может быть использован теллурид цинка (ZnTe). Технический результат заключается в обеспечении возможности контроля и управления параметрами генерации при возбуждении материалов, обладающих свойствами топологического изолятора. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области физики, в частности к методикам модуляции интенсивности электромагнитного излучения видимого и ближнего ИК диапазонов посредством приложения магнитного поля. Способ модуляции света включает в себя создание магнитоплазмонного кристалла на основе периодически наноструктурированной диэлектрической матрицы, с пространственным периодом d, последующее напыление на нее слоев ферромагнитных и благородных металлов, а также диэлектриков, освещение магнитоплазмонного кристалла светом и приложение магнитного поля. Модуляция интенсивности ТМ-поляризованного отраженного света осуществляется с помощью периодически наноструктурированной пленки ферромагнитного металла толщиной h=50-200 нм. В качестве источника света используется ТМ-поляризованное электромагнитное излучение, падающее на поверхность магнитоплазмонного кристалла под углом, соответствующим возбуждению поверхностных плазмон-поляритонов. При этом переменное магнитное поле прикладывается в геометрии экваториального магнитооптического эффекта Керра. Технический результат - уменьшение толщины магнитооптического модулятора. 4 ил.

Изобретение относится к печатной плате и к устройству, содержащему такую печатную плату. Технический результат - обеспечение повышения эффективности производства устройства, содержащего светодиодную цепь для обеспечения окружающего света для дисплея, улучшение конструктивных характеристик. Достигается тем, что печатная плата (1) удлиненного размера содержит светодиодную схему (2, 3). Части печатной платы (1) являются гибкими, по меньшей мере, в одном направлении. Предпочтительно печатная плата (1) может сгибаться по направлению длины и ширины и не требует отверстий для шурупов. Светодиодная схема (2, 3) может содержать светодиодные цепи (2) со светодиодами и другую схему (3), такую как возбудитель для возбуждения светодиодных цепей (2) индивидуально для обеспечения окружающего света для дисплея (5). 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является снижение потока направленного ослепляющего света. Технический результат достигается за счет того, что в светильнике (1), содержащем кожух (2), имеющий по меньшей мере одну боковую стеночную часть (3) и нижнюю стеночную часть (5), источник света (7), расположенный в кожухе (2), и оптически прозрачный лист (10), указанный оптически прозрачный лист (10) выполнен искривленным и имеет множество удлиненных призматических структур с прямыми верхними углами (16) на ее вогнутой поверхности. Упомянутая поверхность обращена в сторону, противоположную источнику света (7). 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к дисплейному устройству и способу отображения, в которых обеспечивается бесшовный экран с использованием дисплейных панелей. Устройство отображает изображение на основании сигналов изображения и содержит дисплейную панель с дисплейной областью, в которой в виде матрицы расположены дисплейные элементы. На краю дисплейной панели расположена рамочная область, не содержащая дисплейных элементов. Устройство также содержит подсвечивающее устройство, испускающее свет в форме плоско распространяющегося излучения в направлении задней поверхности, противоположной дисплейной поверхности дисплейной области, и световод, который установлен на дисплейной панели и способен изменять световой путь части света, испускаемого дисплейными элементами. Указанная часть света направляется в рамочную область, при этом яркость на единицу площади на испускающей свет поверхности подсвечивающего устройства выше на краю дисплейной области, содержащем световод, чем в нормальной области изображения, не содержащей световод за пределами дисплейной области. Технический результат - повышение качества отображения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 18 ил.

Изобретение относится к светоизлучающему модулю и к светоизлучающему устройству, содержащему множество таких светоизлучающих модулей. Технический результат - повышение плотности упаковки, легкости монтажа, улучшение рассеяния тепла, увеличение яркости, уменьшение стоимости. Это достигается тем, что светоизлучающее устройство (3a-c; 23; 26; 33a-c) содержит множество источников (12a-e; 27a-h) света, скомпонованных в по меньшей мере первом и втором столбцах (18a-b; 28a-c), расположенных бок о бок и проходящих вдоль первого направления расширения (х1) светоизлучающего модуля (3a-c; 23; 26; 33a-c); и множество пар (13a-b, 14a-b, 15a-b, 16a-b 17a-b) соединительных клемм, каждая из которых электрически подключена к соответствующей паре источников (3a-c; 23; 26; 33a-c) света для обеспечения подачи электрической энергии. Каждая пара (13a-b, 14a-b, 15a-b, 16a-b, 17a-b) соединительных клемм содержит первую соединительную клемму (13a, 14a, 15a, 16a, 17a) и вторую соединительную клемму (13b, 14b, 15b, 16b, 17b), которые расположены на противоположных сторонах светоизлучающего модуля (3a-c; 23; 26; 33a-c). Источники (12a-e; 27a-h) света скомпонованы в предопределенной последовательности источников света вдоль первого направления расширения (X1) светоизлучающего модуля (3a-c; 23; 26; 33a-c), и пары (13a-b, 14a-b, 15a-b, 16a-b 17a-b) соединительных клемм, электрически подключенные к соответствующим источникам (12a-e; 27a-h) света, скомпонованы в предопределенной последовательности источников света вдоль первого направления расширения (х1) светоизлучающего модуля таким образом, что соотношение между светящейся площадью и общей площадью светоизлучающего модуля больше 25%. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к подложке для исследований усиленного поверхностью комбинационного рассеяния. Подложка содержит полупроводниковую поверхность с формированными на ней нитевидными кристаллами, покрытыми пленкой металла, выбранного из группы, состоящей из серебра, золота, платины, меди и/или их сплавов. В качестве материала для полупроводниковой поверхности использован смешанный нитрид алюминия, галлия и индия. Каждый сформированный нитевидный кристалл имеет внутри линейный дефект. Плотность поверхности нитевидных кристаллов, имеющих внутри линейный дефект, составляет от 108/см2 до 1010/см2, их длина нитевидных кристаллов составляет от 0,2 мкм до 2,0 мкм, а диаметр нитевидных кристаллов - от 40 нм до 150 нм. Отношение длины нитевидных кристаллов, имеющих внутри линейный дефект, к их диаметру составляет от 5 до 50, а толщина пленки металла на полупроводниковой поверхности составляет от 50 нм до 150 нм. 12 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 пр.

Изобретение относится к модуляции света методами управления интенсивностью и фазовыми характеристиками светового потока и может найти применение для лазерных источников света общего назначения, в том числе для подавления спекла. Спеклоподавитель содержит модулятор, содержащий нанесенные на первую прозрачную подложку прозрачный электропроводящий слой, покрытый прозрачным гелеобразным слоем, и систему из i штук параллельных ленточных электродов заземления и управления, размещенных с зазором над прозрачным гелеобразным слоем и соединенных электрически с устройством управления. Устройство управления содержит, по крайней мере, один регистр сдвига заземления и один регистр сдвига управления, электрически соединенные с электродами заземления и электродами управления соответственно, а также блоки обратной связи, тактовый генератор, делитель частоты и блок обнуления. Технический результат - повышение качества спеклоподавления. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх