Эффективная генерация ТГц излучения фотопроводящим источником с локализацией носителей заряда в высокоаспектных плазмонных электродах
Russian science foundation, 19-79-10240
Пономарев Д.С.1,2,3, Лаврухин Д.В.1,2, Ячменев А.Э.1,2, Галиев Р.Р.1, Хабибуллин Р.А.1,2,3, Гончаров Ю.Г.4, Зайцев К.И.4
1Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники имени В.Г. Мокерова РАН, Москва, Россия
2Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
3Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный, Московская обл., Россия
4Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва, Россия
Email: ponomarev_dmitr@mail.ru
Поступила в редакцию: 11 декабря 2023 г.
В окончательной редакции: 9 января 2024 г.
Принята к печати: 16 января 2024 г.
Выставление онлайн: 2 апреля 2024 г.
Предложено, теоретически обосновано и экспериментально исследовано влияние высоты плазмонного электрода h и отношения между высотой и периодом субволновой периодичной металлической (плазмонной) решетки h/p в фотопроводящем излучателе на эффективность генерации терагерцового (ТГц) излучения. С помощью численного моделирования определены оптимальные параметры плазмонной решетки, соответствующие максимальному пропусканию импульса лазерной накачки через решетку. Показано, что одновременное увеличение параметров h и h/p приводит к эффективному возбуждению лазерным излучением накачки с длиной волны 800 nm плазмонных мод, что сопровождается увеличением мощности генерации ТГц излучения до 104 раз по сравнению с традиционным фотопроводящим излучателем без решетки. При этом интегральная мощность генерации излучения составляет более 5 μW в полосе частот 0.1-4 ТГц, при эффективности конверсии ~0.2%. Разработанный дизайн плазмонной решетки также эффективен для регистрации ТГц импульсов в современных системах ТГц спектроскопии и визуализации. Ключевые слова: терагерцовая наука и техника, терагерцовая импульсная спектроскопия, элементная база терагерцовой оптотехники, фотопроводящая антенна, плазмонная решетка, локализация оптического поля, полупроводники.
- Д.С. Пономарев, А.Э. Ячменев, Д.В. Лаврухин, Р.А. Хабибуллин, Н.В. Черномырдин, И.Е. Спектор, В.Н. Курлов, В.В. Кведер, К.И. Зайцев. Усп. физ. наук., 194 (1), 2-22 (2024). DOI: 10.3367/UFNr.2023.07.039503 [D.S. Ponomarev, A.E. Yachmenev, D.V. Lavrukhin, R.A. Khabibullin, N.V. Chernomyrdin, I.E. Spektor, V.N. Kurlov, V.V. Kveder, K.I. Zaytsev. Phys. Usp., 67 (1), 3-21 (2024). DOI: 10.3367/UFNe.2023.07.039503]
- X. Li, J. Li, Y. Li, A. Ozcan, M. Jarrahi. Light: Sci. Appl., 12, 233 (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01278-0
- E. Castro-Camus, M. Alfaro M. Photon. Res., 4 (3), 36 (2016). DOI: 10.1364/PRJ.4.000A36
- A.E. Yachmenev, D.V. Lavrukhin, I.А. Glinskiy, N.V. Zenchenko, Yu.G. Goncharov, I.E. Spektor, R.A. Khabibullin, T. Otsuji, D.S. Ponomarev. Opt. Eng., 59 (6), 061608 (2019). DOI: 10.1117/1.OE.59.6.061608
- A. Singh, A. Pashkin, S. Winnerl, M. Helm, H. Schneider. ACS Photon., 5, 2718 (2018). DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00460
- A. Singh, A. Pashkin, S. Winnerl, M. Welsch, C. Beckh, P. Sulzer, A. Leitenstorfer, M. Helm, H. Schneider. Light: Sci. Appl., 9, 30 (2020). DOI: 10.1038/s41377-020-0265-4
- D.H. Auston. Appl. Phys. Lett., 26, 101 (1975). DOI: 10.1063/1.88079
- P.-K. Lu, X. Jiang, Y. Zhao, D. Turan, M. Jarrahi. Appl. Phys. Lett., 120 (26), 261107 (2022). DOI: 10.1063/5.0098340
- I.E. Ilyakov, B.V. Shishkin, V.L. Malevich, D.S. Ponomarev, R.R. Galiev, A.Yu. Pavlov, A.E. Yachmenev, S.P. Kovalev, M. Chen, R.A. Akhmedzhanov, R.A. Khabibullin. Opt. Lett., 46 (14), 3360 (2021). DOI: 10.1364/OL.428599
- S. Lepeshov, A. Gorodetsky, A. Krasnok, E. Rafailov, P. Belov. Las. Photon. Rev., 11, 1600199 (2017). DOI: 10.1002/lpor.201600199
- C. Berry, N. Wang, M. Hashemi, M. Unlu, M. Jarrahi. Nat. Commun., 4, 1622 (2013). DOI: 10.1038/ncomms2638
- E. Isgandarov, L. Pichon, X. Ropagnol, M.A. El Khakani, T. Ozaki. J. Appl. Phys., 133, 153102 (2023). DOI: 10.1063/5.0143238
- D.S. Ponomarev, D.V. Lavrukhin, I.A. Glinskiy, A.E. Yachmenev, N.V. Zenchenko, R.A. Khabibullin, T. Otsuji, Yu. Goncharov, K.I. Zaytsev. Opt. Lett., 48 (5), 1220 (2023). DOI: 10.1364/OL.486431
- A. Gorodetsky, I.T. Leite, E.U. Rafailov. Appl. Phys. Lett., 119 (11), 111102 (2021). DOI: 10.1063/5.0062720
- A. Gorodetsky, D.V. Lavrukhin, D.S. Ponomarev, S.V. Smirnov, A. Yadav, R.A. Khabibullin, E.U. Rafailov. IEEE J. Select. Top. Quant. Electron., 29 (5), 8500505 (2023). DOI: 10.1109/JSTQE.2023.3271830
- K.A. Kuznetsov, S.A. Tarasenko, P.M. Kovaleva, P.I. Kuznetsov, D.V. Lavrukhin, Yu.G. Goncharov, A.A. Ezhov, D.S. Ponomarev, G.Kh. Kitaeva. Nanomat., 12, 3779 (2022). DOI: 10.3390/nano12213779
- D.V. Lavrukhin, A.E. Yachmenev, I.A. Glinskiy, R.A. Khabibullin, Y.G. Goncharov, M. Ryzhii, T. Otsuji, I.E. Spector, M. Shur, M. Skorobogatiy, K.I. Zaytsev, D.S. Ponomarev. AIP Adv., 9, 015112 (2019). DOI: 10.1063/1.5081119
- D.S. Ponomarev, D.V. Lavrukhin, N.V. Zenchenko, T.V. Frolov, I.A. Glinskiy, R.A. Khabibullin, G.M. Katyba, V.N. Kurlov, T. Otsuji, K.I. Zaytsev. Opt. Lett., 47 (7), 1899 (2022). DOI: 10.1364/OL.452192
- I.V. Minin, O.V. Minin, I.A. Glinskiy, R.A. Khabibullin, R. Malureanu, A. Lavrinenko, D.I. Yakubovsky, V.S. Volkov, D.S. Ponomarev. Appl. Phys. Lett., 118, 131107 (2021). DOI: 10.1063/5.0043923
- I.H. Malitson, F.V. Murphy, W.S. Rodney. J. Opt. Soc. Am., 48, 72 (1958). DOI: 10.1364/JOSA.48.000072
- B.Y. Hsieh, M. Jarrahi. J. Appl. Phys., 109, 084326 (2011). DOI: 10.1063/1.3567909
- Д.В. Лаврухин, Р.Р. Галиев, А.Ю. Павлов, А.Э. Ячменев, М.В. Майтама, И.А. Глинский, Р.А. Хабибуллин, Ю.Г. Гончаров, К.И. Зайцев, Д.С. Пономарев. Опт. и спектр., 126 (5), 663 (2019). DOI: 10.61011/OS.2024.01.57558.1-24 [D.V. Lavrukhin, R.R. Galiev, A.Yu. Pavlov, A.E. Yachmenev, M.V. Maytama, I.A. Glinskiy, R.A. Khabibullin, Yu.G. Goncharov, K.I. Zaytsev, D.S. Ponomarev. Opt. Spectrosc., 126, 580 (2019). DOI: 10.1134/S0030400X19050199]
- Д.В. Лаврухин, А.Э. Ячменев, И.А. Глинский, Н.В. Зенченко, Р.А. Хабибуллин, Ю.Г. Гончаров, И.Е. Спектор, К.И. Зайцев, Д.С. Пономарев. Опт. и спектр., 128 (7), 1012 (2020). DOI: 10.61011/OS.2024.01.57558.1-24 [D.V. Lavrukhin, A.E. Yachmenev, I.A. Glinskiy, N.V. Zenchenko, R.A. Khabibullin, Yu.G. Goncharov, I.E. Spektor, K.I. Zaytsev, D.S. Ponomarev. Opt. Spectrosc., 128, 1018 (2020). DOI: 10.1134/S0030400X20070103].
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.