激光蚀刻催生GaAS太赫兹辐射

2015-09-21 15:54

　　当没有更便宜更有效的方法来批量生产太赫兹发射器（ terahertz emitters）时，激光蚀刻不失为一个增大砷化镓（gallium arsenide：GaAs）输出的好办法。GaAs是一种常见的用于这些设备的半导体材料。

　　日本冲绳科学技术研究所(OIST：Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University)飞秒光谱部门研究人员表示，GaAs薄膜的表面微观结构对能量吸收和散发起到重要作用。

　　利用飞秒激光脉冲蚀刻材料会形成能够增强光吸收的微型凹槽和波纹。完成这个步骤后，如果被足够高能的激光泵浦，GaAs太赫兹输出将增强65%。

　　研究者Julien Madéo表示：“飞秒激光蚀刻便于我们设计材料性能，并克服它们的内在局限性，如，引导至接近100%的光子吸收、更宽广的吸收带宽和电子浓度与生命周期控制。”

　　飞秒激光蚀刻在GaAs薄膜表面形成微型凹槽和波纹。比例尺是10μm，放大3500倍。图片来源：OIST。

　　蚀刻技术尽管降低了物质内部的光电流，却增强了物质的输出。这种有悖于常理的现象是由蚀刻的GaAs 比未经蚀刻的GaAs具备更短的电荷载流子生命周期。

　　太赫兹区位于电磁波谱内的红外线和微波之间，并包括从0.1mm至1mm的波长。激发太赫兹波很困难，因为他们的频率对于一般的无线电发射机来讲太高，对于光发射器来讲又太低。

　　有种最常用的一种太赫兹发射器叫光导天线，由两个电触头和电触头之间的一片薄膜半导体（通常是GaAs）组成。当天线暴露于激光短脉冲之下时，在半导体内，光子激起电子，太赫兹辐射短脉冲也随之产生。如此一来，激光光束的能量被转化为太赫兹波。

　　太赫兹辐射会被水吸收，太赫兹设备在地球大气层到短距离的使用也受到限制。但是太赫兹辐射可以穿透纤维、纸、硬纸板、塑料、木头和陶瓷。很多物质都在太赫兹波段有一个特殊的“标记”，便于通过太赫兹扫描仪进行识别。

　　而且，不同于X射线和紫外线，太赫兹辐射是非电离的，在活组织和DNA上使用的时候更加安全。太赫兹波也可以用于通讯，比目前的微波提供更大的带宽。

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