THz-generation in nipnip-superlattices by photomixing at 1.55 µm pump wavelength

• Applicant: Dr. Stefan Malzer
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 52302503

Die Arbeiten der letzten 3-4 Jahre an n-i-pn-i-p Photomischern haben eine eindrucksvolle Leistungssteigerung dieser Emittertypen ergeben. Angefangen bei wenigen nW wurden inzwischen 0.65 μW bei der Frequenz von 1 THz im Materialsystem In- (Al)GaAs/InP erreicht. Zwei Mechanismen, denen bislang zu wenig Beachtung geschenkt wurde, begrenzen derzeit eine weitere Steigerung, die theoretisch 2 Größenordnungen betragen sollte. Die Herausforderungen liegen zum einen in der Verbesserung der Wärmeableitung und zum anderen an der Unterdrückung der parasitären Impedanz. Die Verwendung von Telekom-Lasern mit Er-dotierten Faserverstärkern hat sehr zur Miniaturisierung der Aufbauten beigetragen. So konnten THz-emitter in Kugelschreibergröße (mit Faseranschluß) bereits bei uns realisiert werden. Limitierend wird letztlich die Wärmeentwicklung bei den extrem kleinen Photomischerstrukturen (~25 μm2) immer bleiben. Eine absolute Steigerung der emittierten Leistung (und auch der Effizienz) zeichnet sich mit großflächigen, Antennen-freien Emitterstrukturen ab. Solange der Durchmesser des optischen Anregungsspots in der Größenordnung der THz-Wellenlänge bleibt, erhält man im Fernfeld eine konstruktive Superposition aus einzelnen strahlenden Quasi-Dipolen. Je nach Verhältnis der Spotgröße zur THz-Wellenlänge ist die emittierte Strahlung entsprechend stark gerichtet und in geeigneter Geometrie kann auf zusätzliche Kollimierungsoptik verzichtet werden. Unter CW Bedingungen gibt es bislang keine Untersuchungen an solchen Strukturen, die für effiziente THz-Erzeugung bis in den mW-Bereich aber sehr attraktiv wären. Schließlich wollen wir einen neuen Ansatz zur kohärenten Detektion bei Raumtemperatur verfolgen, der auch auf semimetallischen ErAs-Schichten in hochdotierten pn-Übergängen basiert.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Persons: Professor Dr. Gottfried H. Döhler; Professor Dr. Lijun Wang