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集成聚焦光学的室温蝶形太赫兹探测器

立陶宛科研人员研发用于太赫兹成像系统的衍射光学

室温蝶形太赫兹探测器首次成功与聚焦光学集成。这项成果由立陶宛物理科学与技术中心的研究人员完成,不仅使探测器更加紧凑可靠同时波带片的使用也使得检测能力提高了一个数量级,从而使这个系统太赫兹成像的应用非常有吸引力。

 

更小的解决方案

太赫兹(THz)成像在安全系统、材料试验识别以及医疗诊断等许多应用中都是一个非常有力的工具。当前这些成像系统局限性之一是他们的物理尺寸太大,小尺寸的关键不仅是将聚焦光学和有源组件集成一个芯片上,同时也使得系统更加便宜,更可靠和舒适的使用

为了减小尺寸,全球正在进行积极研究这个系统里的两个元件:使用量子级联激光器开发更紧凑的太赫兹发射源;使用紧凑的技术开发宽频和敏感的太赫兹传感器,例如纳米级场效应晶体管肖特基二极管微测辐射热计以及蝶形二极管。替换传统成像系统中的抛物或球片这类笨重的无源光学组件的研究方案相对较少。

一体化

来自立陶宛的团队正致力于解决太赫兹成像和光谱中的这些挑战。他们研究的一个主题是为光谱太赫兹成像实时的太赫兹成像相机传感器阵列开发紧凑的室温操作传感器

在他们早期研究中,他们精力主要集中在为太赫兹成像系统研发紧凑的衍射光学件。

“往这个方向首先要做的就是制造出独立的波带片以及十字形过滤阵列,由金属薄膜来实现聚焦和频率选择的目的。”这个项目中的首席研究员Linas Minkevičius说到,“接下来-滤波器阵列集成到独立的波带片来减少组件使得系统更加紧凑。

最新的进展,在Electronics Letters发表的文章中提出了这个问题,这个小组显示了他们在未来的微型化太赫兹图像系统中的优势,他们整合了一个室温的InGaAs基底蝶形太赫兹二极管,通过带有二次衍射光学元件的单个芯片,宽带应用达到了2.5THz

我们已经设法将探测器以及衍射元件放置在半绝缘性半导体衬底的两边,” Minkevičius说,“这使得我们在提高InGaAs太赫兹传感器传感特性的同时让系统更加可靠和紧凑。” 

对探测器不同角度的入射测量显示检测到信号呈现数量级增强。这个结果正符合小组的数值模拟结果,证明波带片聚焦性能的有效性。

组合经验

Minkevičius相信取得这项工作成功的关键因素是合作、经验和技术

“主要有三个重要的原因:首先,波带片和探测器的设计通过模拟电场分布的属性来选定,使用探测器的顶端波带片和衬底使用三维时域有限差分方法;其次,与来自德国歌德大学的H. G. Roskos教授的团队富有成效的合作,他们在处理技术中的经验,帮助我们克服了探测器制造过程中的困难;最后,最具挑战性的问题是排列来自基底两个方向的上的波带片焦点以及探测器的响应部分,使它们在同一个几何点上,这是通过使用我们的激光直写技术优势来实现的” 

这种解决方案不仅更紧凑,同时解决了需要准确的光学校准引起的问题因为光学校准严重影响图像质量和分辨率解决方案另一个优点是并不局限于这种类型的太赫兹传感器可以扩展到其他类型的平面技术探测器

文章编译自 Room-temperature bow-tie terahertz detectors integrated with focusing optics, Published in General Physics, September 12, 2014.

 

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