太赫兹量子阱光电探测器的研究进展

  

      太赫兹(THz)探测器是诸多THz应用的基础,主要可分为热探测器和光子型探测器两大类。THz量子阱光电探测器(QWP)属光子型探测器,通过电子在导带内的子带间跃迁实现对THz辐射的探测。由于子带间跃迁弛豫时间很短,THzQWP的理论极限响应带宽可达数十GHz,因此在超宽带THz无线通信、时间分辨表征等各类高速应用系统中具有很高的应用价值。中科院太赫兹固态技术重点实验室相关课题组在曹俊诚研究员的带领下,于2004年开始开展了THzQWP研制及应用方面的工作,目前已掌握了器件材料生长和封装的关键技术,并搭建出基于THz量子级联激光器和THzQWP的通信(图1)和成像(图2)系统。

 

                              

 

1 THz实时视频通信系统

 

2 THz CT成像系统

      近日,课题组针对二维金属光栅耦合THzQWP开展了系统的研究。研究中,我们对比了45度磨角器件、一维金属光栅耦合器件和二维金属光栅耦合器件的性能,器件结构示意图及显微图如图3所示。我们设计了不同的光栅结构参数,在理论和实验上进行了对比和分析,确定了最优的光栅设计,最终实验结果如图4所示,二维金属光栅可高效率的将THz波耦合到探测器中,相比于传统的45度磨角器件,其峰值响应率可提升146%,相关结果发表在IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 23: 3800407 (2017)。此外,本轮研究中,我们实现的器件最高峰值响应率达到1.3 A/W

                                                                 

      图3 (a) 传统的45度角光耦合方式;(b) 金属光栅耦合方式;器件的正面照片:(c) 45度角器件(d) 一维金属光栅器件;(e) 二维金属光栅器件;光栅器件的显微照片:(f) 一维金属光栅 (g) 二维方形金属光栅 (h) 二维圆形金属光栅。

 

 

                                         

                                   4 (a) THz QWP的光电流响应谱,(b) 器件的峰值响应率。

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