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非对称等离子体纳米天线为高速光电子器件提供飞秒光脉冲
2018-07-02


[据物理学组织网站2018627日报道] 德国慕尼黑工业大学由亚历山大·霍利特纳、莱因哈德·肯伯格领导的团队,首次成功在芯片上使用长几纳米的等离子体纳米天线生成超短电脉冲,频率高达10太赫兹,并可在距离芯片表面几毫米处以受控方式读取信号。该技术可用于开发新的、功能强大的太赫兹组件。



经典电子学允许的频率达100千兆赫。光电子学使用的频率超过10太赫兹。这之间的范围称为太赫兹间隙,因为信号生成、转换和检测的组件难以实施。



等离子体纳米天线放大了金属表面的光强。纳米天线的非对称形状是非常重要的。纳米金属结构的一侧比另外一侧更尖。当透镜聚焦的激光脉冲激发等离子体纳米天线时,尖端一侧比另一侧可发射更多的电子。电流在触点之间流动——但只要等离子体纳米天线被激光激发即可。



研究人员说:“在光电子发射中,光脉冲导致电子从金属发射到真空中。尖端一侧的所有发光效应都比较强烈,包括用来产生微弱电流的光辐射。”



光脉冲仅持续几飞秒。等离子体纳米天线中的电脉冲相应较短。从技术上讲,这种结构很有趣,因为纳米天线可以集成到仅几毫米的太赫兹电路中。频率200太赫兹的飞秒激光脉冲,可以在芯片电路中产生频率高达10太赫兹的超短太赫兹信号。



研究人员使用蓝宝石作为芯片材料,因为它不能被光学激发,因此不会造成干扰。未来,将使用传统互联网光纤电缆中部署的1.5微米波长激光器。



霍利特纳及其同事还有一个惊人发现:电脉冲和太赫兹脉冲非线性依赖于激光的激发功率。这表明等离子体纳米天线中的光辐射是由单个光脉冲吸收多个光子触发的。霍利特纳说:“迄今为止,这种快速的非线性片上光脉冲并不存在。利用这种效应,研究人员希望能够在天线中发现更快的隧道发射效应,并将其用于芯片中。(工业和信息化部电子第一研究所   许文琪)



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