新型太赫兹波发射器学术资讯

研究人员利用光泵/THz探针光谱测试了锗器件中载流子的复合。

太赫兹波在科学技术中的地位变得越来越重要。它使科学家能够揭示未来材料的特性。然而，太赫兹波的制造仍然是一个巨大的挑战。

《光：科学与应用》杂志报道，德国赫姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫研究中心（HZDR）、德累斯顿工业大学（TUD）和康斯坦茨大学（UOK）的研究人员在该领域取得了重大进展。他们开发了一种新型锗器件，能够产生具备优势特性的太赫兹脉冲：这种脉冲具有良好的宽带频谱，可同时传输多种太赫兹频率。新型锗器件可以用现有半导体工业方法制造，在未来有望得到广泛应用。

与光类似，太赫兹波属于电磁辐射。在光谱中，它们正好处于微波和红外辐射之间。虽然后两者早已进入人类的日常生活，但太赫兹波的应用才刚刚起步。其原因在于，研究人员还无法制造出比较完美的太赫兹波发射器。

现有方法是用短激光脉冲辐照砷化镓晶体，以形成砷化镓电荷载流子。电荷被电压加速后产生太赫兹波。HZDR物理学家Harald Schneider博士解释说：“这种方法有很多缺点。例如，它涉及昂贵的特殊激光，对于廉价的标准激光器来说，这是行不通的。另外，砷化镓晶体只能提供相对窄带的太赫兹脉冲，频率范围受到了限制。”

因此，Schneider团队将视线转向了另一种半导体材料：锗。Schneider说：“锗晶体能够适用于便宜的光纤激光器。它的透明度非常好，有助于发射宽带脉冲。但新的问题产生了，如果用短激光脉冲照射纯锗，半导体中的电荷需要几微秒才会消失。然而，激光每隔几十纳秒就会发射一次脉冲。这样的发射速度对锗来说实在是太快了。”

为了克服这一困难，研究人员决定借助贵金属金的帮助。Abhishek Singh博士解释说：“我们用离子加速器将金原子射入锗晶体中。金渗透到晶体中大约100纳米的位置。随后，我们用热处理使金原子能够均匀分布于锗晶体中。”当研究人员再次用超短激光脉冲照射掺杂金的锗晶体时，发现电荷的消失时间缩短至不足两纳秒。

新方法使太赫兹脉冲的带宽达到了70太赫兹，这几乎是砷化镓技术的10倍。Schneider表示：“我们终于获得了连续的太赫兹光谱。这将使太赫兹技术的应用更具多样化。此外，锗与硅的兼容性非常好，工程师们可以用已有的微芯片技术处理锗晶体。”

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编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：唐林芳

期刊来源：《光：科学与应用》

期刊编号：2095-5545

原文链接：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200316141549.htm