| Περίληψη |
Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η μελέτη και η ανάπτυξη της πρώτης φωτοαγώγιμης κεραίας για παραγωγή Terahertz (THz), κατασκευασμένη από υπόστρωμα Αρσενίδιου του Γαλλίου (GaAs), επεξεργασμένη με παλμούς λέιζερ φεμτοδευτερολέπτων, επιδεικνύοντας αυξημένη απόδοση σε σύγκριση με μη επεξεργασμένες κεραίες. Παρατηρούνται κυματισμοί στην επιφάνεια της διάταξης, μετά την φωτοαποδόμηση με λέιζερ και υποθέτουμε ότι είναι υπεύθυνοι για την αυξημένη απόδοση. Οι κυματισμοί μελετώνται θεωρητικά και πειραματικά, για να εξηγηθεί αυτή τη συμπεριφορά. Για πρώτη φορά, δημιουργείται θεωρητικό μοντέλο για να μελετηθούν οι υπερταχείς δυναμικές του GaAs υπό την επίδραση ακτινοβολίας λέιζερ παλμών φεμτοδευτερολέπτων. Σε αυτό το μοντέλο, χρησιμοποιούνται εξισώσεις ενεργειακής ισορροπίας για να εξηγήσουν τις υπερβραχείς χρονο-κλίμακες και την εξέλιξη των δυναμικών. Επιλύονται αριθμητικά λόγω της συζευγμένης μη-γραμμικής πολυπλοκότητας τους, ενώ διασφαλίζεται η σταθερότητα της λύσης. Μελετάμε μεταβλητές όπως την εξέλιξη της πυκνότητας φορέων, της θερμοκρασίας των ηλεκτρονίων και του πλέγματος, προκειμένου να μετρηθεί η θερμική απόκριση του GaAs.Μελετώνται οι οπτικές ιδιότητες με εξάρτηση ως προς την ενεργειακή πυκνότητα και τη διάρκεια του παλμού του λέιζερ, οι οποίες είναι η ανακλαστικότητα και η διηλεκτρική σταθερά. Το μήκος κύματος των κυματισμών υπολογίζεται αριθμητικά από το μοντέλο μας και συγκρίνεται με πειραματικά μας δεδομένα. Υπολογίστηκε επίσης το όριο μόνιμης καταστροφής του υλικού ως προς τη διάρκεια του παλμού λέιζερ.
Πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση με βάση τις ιδιότητες του παλμού του λέιζερ απόξεσης, για το πως επηρεάζει τον κυματισμό, ενώ οι ιδιότητες που μετρήθηκαν, είναι η ένταση της ισχύος του παλμού, το ποσοστό αλληλοεπικάλυψης της ενεργούς επιφάνειας του παλμού, η γωνία της πόλωσης του παλμού και αριθμός ενεργών παλμών ανά σημείο. Στο τελευταίο κεφάλαιο, χρησιμοποιώντας διάταξη THz-TDS, μετρήθηκε η απόδοση παραγωγής ακτινοβολίας THz από κεραία GaAs, που έχει φωτοαποδομηθεί με λέιζερ και συγκρίνεται με μη-επεξεργασμένη κεραία. Παρά την υψηλότερη απόδοση ακτινοβολίας THz, οι μετρήσεις I-V που ακολούθησαν, έδειξαν χαμηλότερες τιμές φωτορεύματος. Για την εξήγηση αυτής της ασυμφωνίας, χρησιμοποιήθηκε διάταξη Optical Pump THz Probe (OPTP)για τη μέτρηση της διάρκειας ζωής των διεγερμένων φορέων και της φωτοαγωγιμότητας. Έγιναν συμπληρωματικές μετρήσεις φασματοσκοπίας Fourier Transform Infrared (FTIR), για την επιβεβαίωση της υψηλότερης φωτοαπορρόφησης ενώ έγιναν και μετρήσεις φαινομένου του Hall, για τη μέτρηση του επιπέδου του προσμίξεων, της επιφανειακής συγκέντρωσης και την κινητικότητα των φορέων.
|
Enhanced Terahertz emission from ultrafast laser ablated Gallium Arsenide devices
