Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optisch lenkbare Terahertz-Quelle

27.06.2013
Gezielte optische Anregung von Elektronenflüssen in Halbleitern erlaubt kontrollierte räumliche Ausrichtung der elektromagnetischen Strahlung

Elektromagnetische Strahlung im Terahertz(THz)-Frequenzbereich hat sich in den letzten Jahren als wichtiges Werkzeug in einer Vielzahl von industriellen, wissenschaftlichen und technischen Bereichen etabliert.


Gezielte Laseranregung von Galliumarsenid (GaAs) führt zu unterschiedlichen Stromflüssen (JP, JS) im Halbleiter. Die damit einhergehenden abgestrahlten elektromagnetischen Felder überlagern sich, das Gesamtfeld ESum breitet sich unter einem Winkel θ zur Oberflächennormalen aus. Über eine Änderung der Polarisation des Anregungslasers lässt sich die Richtung des Stroms Jp umkehren und damit der Abstrahlwinkel des Gesamtfeldes ändern. (Abb.: PTB)


Durch Veränderung der Polarisation des Anregungslasers (Unterschied zwischen roten und blauen Daten) verschiebt sich die Lage der maximalen THz-Amplitude um 8°. (Abb.: PTB)

Für einige Anwendungen ist dabei eine gezielte Steuerung der Ausbreitungsrichtung der THz-Felder notwendig. Dies wurde bislang beispielsweise über die mechanische Bewegung der THz-Quellen oder der zu untersuchenden Proben realisiert.

Da mechanische Bewegungen jedoch auf Geschwindigkeit, Verlässlichkeit und Stabilität der Anwendungen negative Auswirkungen haben können, erweist sich die Entdeckung aus der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) als bedeutende Verbesserung: die Erzeugung von THz-Feldern, deren Ausbreitungsrichtung allein durch die Polarisationseigenschaften des zur Erzeugung genutzten Laserlichts beeinflusst werden kann. Die Ergebnisse der Forscher sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Applied Physics Letters veröffentlicht.

Körperscanner, industrielle Fertigungsüberwachung, spektroskopische Sicherheitsprüfungen von Postsendungen oder zukünftige Kommunikationstechniken sind nur eine Auswahl von Anwendungsfeldern, die relative Bewegungen von THz-Quellen, THz-Detektoren oder Proben zueinander als zugrundeliegendes Funktionsprinzip voraussetzen. Hierbei kommen oftmals gepulste THz-Felder zum Einsatz, die sich durch Anregung von Halbleitern wie Galliumarsenid (GaAs) mittels gepulster Laserstrahlen erzeugen lassen. Für diesen Prozess werden Halbleitereigenschaften ausgenutzt, die aufgrund der optischen Anregung eine gerichtete Elektronenbewegung, d. h. einen Stromfluss, bewirken. Diese sehr schnelle Bewegung der Elektronen führt zur Abstrahlung von elektromagnetischen Feldern im THz-Frequenzbereich.

Die Arbeiten der PTB-Forscher zeigen, dass räumlich lenkbare THz-Felder durch die Anregung unterschiedlicher Stromflussrichtungen im Halbleiter generiert werden können. In ihren Experimenten erzeugten die Wissenschaftler mit Hilfe ultrakurzer Laserpulse zwei unterschiedliche Ströme, die parallel bzw. senkrecht zur Oberfläche des Halbleiters fließen. Die von beiden Strömen abgestrahlten THz-Felder bilden aufgrund ihrer Polarisationseigenschaften Bereiche der gegenseitigen Verstärkung oder Abschwächung. Aus diesen Interferenzeffekten resultiert eine gerichtete THz-Emission. Aufgrund der unterschiedlichen Entstehungsmechanismen der beiden Stromkomponenten kann das Interferenzfeld und somit die Richtung der THz-Emission kontrolliert werden. Hierbei kommt zum Tragen, dass sich die Flussrichtung des zur Oberfläche parallelen Stroms durch eine Veränderung der Polarisation des Laserpulses umkehren lässt. Die senkrechte Stromkomponente hingegen ist nicht polarisationsabhängig, ihre Flussrichtung bleibt unverändert. Auf diese Weise kehren sich die Bereiche der Verstärkung und der Abschwächung der elektromagnetischen Felder um; die THz-Quelle ändert ihre Abstrahlrichtung.
In ersten Experimenten wurde eine Richtungsänderung der maximalen THz-Feldstärke von bis zu 8° gemessen. Der Ablenkungswinkel hing dabei von unterschiedlichen Anregungsparametern ab und konnte gezielt eingestellt werden. Über ein theoretisches Modell ließen sich die dominierenden Einflussfaktoren genauer bestimmen und Optimierungsmöglichkeiten untersuchen. So kann der maximale Ablenkwinkel beispielsweise durch andere Halbleitermaterialsysteme, spezielle Siliziumlinsen oder externe Magnetfelder vergrößert werden.
es/ptb

Ansprechpartner:
Heiko Füser, Arbeitsgruppe 2.54 Terahertz-Optik,
Tel. (0531) 592-2541, E-Mail: heiko.fueser@ptb.de
Die wissenschaftliche Veröffentlichung:
Füser, H., Bieler, M.: Terahertz beam steering by optical coherent control. Appl. Phys. Lett. 102, 251109 (2013), http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.4812364?ver=pdfcov

Erika Schow | PTB
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de
http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2013/pitext/pi130627.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Bildung von Magma-Ozeanen auf Exoplaneten erforscht
24.10.2017 | Österreichische Akademie der Wissenschaften

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Boost für Lipidforschung: Grazer Forscher erleichtern Lipidanalyse

24.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Bildung von Magma-Ozeanen auf Exoplaneten erforscht

24.10.2017 | Physik Astronomie

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften