Научная статья: Регистрация импульсного терагерцового излучения неохлаждаемыми матричными микроболометрическими приемниками (2024) (читать, скачать)

Исследован отклик неохлаждаемых матричных микроболометрических приемников с тонким металлическим поглотителем на импульсное терагерцовое излучение в зависимости от длительности импульса, частоты его повторения, теплопроводности и величины времени тепловой релаксации болометра, а также от поляризации терагерцового излучения. Показано, что пиковое значение сигнала микроболометра слабо
зависит от теплопроводности, если длительность импульсов излучения меньше времени тепловой релаксации болометра. При обратном условии пиковое значение сигнала микроболометра обратно пропорционально величине теплопроводности. Изготовленные и исследованные приемники на длине волны 100 μm охарактеризованы минимальной обнаружимой мощностью 1.4 · 10−9W и минимальной обнаружимой энергией
2.5 · 10−11 J.

Тип: Статья

Автор (ы): Старцев Вадим Валерьевич

Ключевые фразы: теплопроводность, тепловое время релаксации, минимальная обнаружимая энергия

Идентификаторы и классификаторы

SCI: Физика
УДК: 53. Физика
Префикс DOI: 0.61011/JTF.2024.08.58566.115-24

Текстовый фрагмент статьи

Установлено, что зависимости отклика ММБП от длительности импульса THz-излучения, частоты его повторения, давления газа в корпусе приемника, теплопроводности и величины времени тепловой релаксации болометра хорошо описываются полученными в рамках болометрической модели теоретическими соотношениями [34], что позволяет уверенно применять данные приемники для контроля и измерения параметров импульсного THz-излучения в различных условиях. Показано, что сигнал микроболометрического приемника при воздействии на него импульсного THz-
излучения слабо зависит от теплопроводности болометра и соответственно от времени тепловой релаксации болометра, если длительность импульсов излучения
меньше времени тепловой релаксации болометра. Это позволяет изготавливать высокочувствительные приемники импульсного излучения, работающие с кадровой
частотой в несколько сотен герц. Исследованные приемники на длине волны 100 μm обладают минимальной обнаруживаемой мощностью 1.4 · 10−9W и минимальной обнаруживаемой энергией 2.5 · 10−11 J, проявляя при этом высокую чувствительность к направлению поляризации THz-излучения.

Основные характеристики

Журнал: Журнал технической физики

Список литературы

[1] A. Rogalski. Progr. Quant. Electron., 27 (2−3), 59 (2003).
DOI: 10.1016/S0079-6727(02)00024-1
[2] A. Rogalski. Progr. Quant. Electron., 36 (2−3), 342 (2012).
DOI: 10.1016/j.pquantelec.2012.07.001
[3] A. Rogalski. Opto–Electron. Rev., 21 (4), 406 (2013).
DOI: 10.2478/s11772-013-0110-x
[4] A.W.M. Lee, B.S. Williams, S. Kumar, Q. Hu, J.L. Reno.
IEEE Photon. Technol. Lett., 18 (13), 1415 (2006).
DOI: 10.1109/LPT.2006.877220
[5] N. Oda. C.R. Physiq., 11 (7−8), 496 (2010).
DOI: 10.1016/j.crhy.2010.05.001
[6] M.A. Dem’yanenko, D.G. Esaev, B.A. Knyazev,
G.N. Kulipanov, N.A. Vinokurov. Appl. Phys. Lett., 92 (13),
131116 (2008). DOI: 10.1063/1.2898138
[7] N. Nemoto, N. Kanda, R. Imai, K. Konishi, M. Miyoshi,
S. Kurashina, T. Sasaki, N. Oda, M. Kuwata-Gonokami.
IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., 6 (2), 175 (2016).
DOI: 10.1109/TTHZ.2015.2508010
[8] F. Simoens, J. Meilhan. Philosophical Transactions Royal
Society of London A: Mathematical, Physical and
Engineering Sciences, 372 (2012), 20130111 (2014).
DOI: 10.1098/rsta.2013.0111
[9] F. Simoens, J. Meilhan, J.-A. Nicolas. J. Infrared Milli Terahz
Waves, 36 (10), 961 (2015).
DOI: 10.1007/s10762-015-0197-x
[10] Y. Amarasinghe, W. Zhang, R. Zhang, D.M. Mittleman, J. Ma.
J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves, 41 (2), 215 (2020).
DOI: 10.1007/s10762-019-00647-4
[11] Y. Yang, A. Shutler, D. Grischkowsky. Opt. Express, 19 (9),
8830 (2011). DOI: 10.1364/OE.19.008830
[12] G.S. Kent, B.R. Clemesha, R.W. Wright. J. Atmospheric
Terrestrial Phys., 29 (2), 169 (1967).
DOI: 10.1016/0021-9169(67)90131-6
[13] G.S. Kent, R.W. Wright. J. Atmospheric Terrestrial Phys.,
32 (5), 917 (1970). DOI: 10.1016/0021-9169(70)90036-X
[14] G.-R. Kim, T.-I. Jeon, D. Grischkowsky. Opt. Express, 25 (21),
25422 (2017). DOI: 10.1364/OE.25.025422
[15] Y. Yang, M. Mandehgar, D. Grischkowsky. Opt. Express,
20 (24), 26208 (2012). DOI: 10.1364/OE.20.026208
[16] J.M. Dai, X.F. Lu, J. Liu, I.C. Ho, N. Karpowicz, X.-
C. Zhang. Terahertz Sci. Technol., 2 (4), 131 (2009).
DOI: 10.11906/TST.131-143.2009.12.14
[17] L.-Z. Tang, J.-Y. Zhao, Z.-H. Dong, Z.-H. Liu, W.-T. Xiong, Y.-
C. Hui, A. Shkurinov, Y. Peng, Y.-M. Zhu. Opt. Laser Technol.,
141, 107102 (2021). DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107102
[18] G.-R. Kim, K. Moon, K.H. Park, J.F. O’Hara,
D. Grischkowsky, T.-I. Jeon. Opt. Express, 27 (20), 27514
(2019). DOI: 10.1364/OE.27.027514
[19] D.S. Sitnikov, S.A. Romashevskiy, A.A. Pronkin,
I.V. Ilina. J. Physics: Conf. Ser., 1147, 012061 (2019).
DOI: 10.1088/1742-6596/1147/1/012061
[20] V.L. Granatsteina, G.S. Nusinovich. J. Appl. Phys., 108 (6),
063304 (2010). DOI: 10.1063/1.3484044
[21] G.S. Nusinovich, D.G. Kashyn, Y. Tatematsu, T. Idehara. Phys.
Plasmas, 21 (1), 013108 (2014). DOI: 10.1063/1.4862779
[22] C.W. Berry, M.R. Hashemi, M. Jarrahi. Appl. Phys. Lett.,
104 (8), 081122 (2014). DOI: 10.1063/1.4866807
[23] D.S. Kim, D.S. Citrin. Appl. Phys. Lett., 88 (16), 161117
(2006). DOI: 10.1063/1.2196480
[24] H. Hirori, A. Doi, F. Blanchard, K. Tanaka. Appl. Phys. Lett.,
98 (8), 091106 (2011). DOI: 10.1063/1.3560062
[25] M.A. Belkin, F. Capasso. Phys. Scripta, 90 (11), 118002
(2015). DOI: 10.1088/0031-8949/90/11/118002
[26] L. Li, L. Chen, J. Zhu, J. Freeman, P. Dean, A. Valavanis,
A.G. Davies, E.H. Linfield. Electron. Lett., 50 (4), 309 (2014).
DOI: 10.1049/el.2013.4035
[27] Q. Lu, M. Razeghi. Photonics, 3 (3), 42 (2016).
DOI: 10.3390/photonics3030042
[28] G. Liao, Y. Li, H. Liu, G.G. Scott, D. Neely,
Y. Zhang, B. Zhu, Z. Zhang, C. Armstrong, E. Zemaityte,
P. Bradford, P.G. Huggard, D.R. Rusby, P. McKenna,
C.M. Brenner, N.C. Woolsey, W. Wang, Z. Sheng, J. Zhang.
Proc. National. Acad. Sci. USA, 116 (10), 3994 (2019).
DOI: 10.1073/pnas.1815256116
[29] X. Wu, D. Kong, S. Hao, Y. Zeng, X. Yu, B. Zhang,
M. Dai, S. Liu, J. Wang, Z. Ren, S. Chen, J. Sang, K. Wang,
D. Zhang, Z. Liu, J. Gui, X. Yang, Y. Xu, Y. Leng, Y. Li,
L. Song, Y. Tian, R. Li. Adv. Mater., 35 (23), 2208947 (2023).
DOI: 10.1002/adma.202208947
[30] B. Zhang, Z. Ma, J. Ma, X. Wu, C. Ouyang, D. Kong, T. Hong,
X. Wang, P. Yang, L. Chen, Y. Li, J. Zhang. Laser Photon.
Rev., 15 (3), 2000295 (2021). DOI: 10.1002/lpor.202000295
[31] Z. Yu, N. Zhang, J. Wang, Z. Dai, C. Gong, L. Lin,
L. Guo, W. Liu. Opto-Electron. Adv., 5 (9), 210065 (2022).
DOI: 10.29026/oea.2022.210065
[32] V.L. Bratman, A.A. Bogdashov, G.G. Denisov, M.Yu. Glyavin,
Yu.K. Kalynov, A.G. Luchinin, V.N. Manuilov, V.E. Zapevalov,
N.A. Zavolsky, V.G. Zorin. J. Infrared Milli Terahz Waves,
33 (7), 715 (2012). DOI: 10.1007/s10762-012-9898-6
[33] G.S. Nusinovich, R. Pu, T.M. Antonsen Jr., O.V. Sinitsyn,
J. Rodgers, A. Mohamed, J. Silverman, M. Al-Sheikhly,
Y.S. Dimant, G.M. Milikh, M.Yu. Glyavin, A.G. Luchinin,
E.A. Kopelovich, V.L. Granatstein. J. Infrared Milli Terahz
Waves, 32 (3), 380 (2011). DOI: 10.1007/s10762-010-9708-y
[34] М.А. Демьяненко, В.В. Старцев. ЖТФ, 92 (3),
443 (2022). DOI: 10.21883/JTF.2022.03.52139.190-21
[M.A. Dem’yanenko, V.V. Startsev. Tech. Phys., 67 (3), 347
(2022). DOI: 10.21883/TP.2022.03.53266.190-21]
[35] В.Ш. Алиев, М.А. Демьяненко, Д.Г. Есаев, И.В. Марчишин,
В.Н. Овсюк, Б.И. Фомин. Успехи прикладной физики,
1 (4), 471 (2013).
[36] М.А. Демьяненко, Б.И. Фомин, Л.Л. Васильева, С.А. Вол-
ков, И.В. Марчишин, Д.Г. Есаев, В.Н. Овсюк, В.Л. Дшху-
нян, Е.Б. Володин, А.В. Ермолов, П.П. Усов, В.П. Чес-
ноков, Ю.С. Четверов, П.Н. Кудрявцев, А.Е. Здобников,
А.А. Игнатов. Прикладная физика, 4, 124 (2010).
[37] N. Oda, H. Yoneyama, T. Sasaki, M. Sanoa, S. Kurashina,
I. Hosako, N. Sekine, T. Sudoh, T. Irie. Proc. SPIE, 6940,
69402Y (2008). DOI: 10.1117/12.781630
[38] A.J.L. Adam, I. Kaˇsalynas, J.N. Hovenier, T.O. Klaassen,
J.R. Gao, E.E. Orlova, B.S. Williams, S. Kumar, Q. Hu,
J.L. Reno. Appl. Phys. Lett., 88 (15), 151105 (2006).
DOI: 10.1063/1.2194889
[39] E.E. Orlova, J.N. Hovenier, T.O. Klaassen, I. Kaˇsalynas,
A.J.L. Adam, J.R. Gao, T.M. Klapwijk, B.S. Williams,
S. Kumar, Q. Hu, J.L. Reno. Phys. Rev. Lett., 96 (17), 173904
(2006). DOI: 10.1103/PhysRevLett.96.173904
[40] H. Wu, S. Grabarnik, A. Emadi, G. de Graaf,
R.F. Wolffenbuttel. J. Micromech. Microeng., 19 (7), 074022
(2009). DOI: 10.1088/0960-1317/19/7/074022
[41] J. Dupuis, E. Fourmond, D. Ballutaud, N. Bererd,
M. Lemiti. Thin Solid Films, 519 (4), 1325 (2010).
DOI: 10.1016/j.tsf.2010.09.036
[42] М.А. Демьяненко. Оптич. журн., 84 (1), 48 (2017).
[M.A. Dem’yanenko. J. Opt. Technol., 84 (1), 34 (2017).
DOI: 10.1364/JOT.84.000034]