크리스탈이 반도체 – 이 경우 p-도핑된 InAs – 결정 격자 표면에서 불가피하게 남은 결합에 의해 생성된 '표면 상태'는 결정 격자와 상호 작용할 때 높은 구배 전기장을 생성할 수 있습니다. 반도체. 결과적으로 입사 광자는 이 필드와 상호작용할 수 있습니다.
UCLA에 따르면 "들어오는 빛은 반도체 격자의 전자를 때리고 더 높은 에너지 상태로 전자를 이동시킬 수 있습니다. "반도체 표면을 가로질러 생성된 전기장은 이러한 광 여기된 고에너지 전자를 더욱 가속화하고, 다른 광학 파장에서 복사하여 얻은 추가 에너지를 언로드하여 파장을 변환합니다."
InAs 결정 표면의 티타늄-금 나노 안테나(갈색) – 빨간색 루프는 표면 플라즈몬, 파란색 타원형은 매달린 표면 결합, 반점과 원은 전자와 정공
이 프로세스를 설계하기 위해 UCLA 팀은 InAs 표면에 나노 안테나 어레이를 구축했습니다.
실험에서 피코초 펄스의 1550nm 적외선 들어오는 광자는 내장 전기장이 최대화되는 표면 영역에 광 여기된 표면 플라즈몬을 결합하기 위해 안테나 어레이를 여기시킵니다. 반도체 표면을 가로지르는 전기장에서" 연구원에 의해.
흡수된 광자는 안테나 접점 아래에서 전자 가스를 생성하며, 이는 서로 다른 입력 펄스 주파수의 혼합으로 인해 비트 주파수에서 공진합니다. 내장된 전기장에 의해 안테나에 결합된 공진 에너지는 안테나에 결합되어 이 경우 최대 4THz(100μm ~ 1mm의 파장)에 이르는 스펙트럼을 가진 펄스로 방출됩니다.
이를 효과적으로 만들기 위해 내장된 전기장과 광흡수 프로파일 사이의 공간적 중첩을 최대화하도록 안테나 기하학과 반도체 구조가 선택됩니다.
연구 엔지니어 Deniz Turan은 "이 새로운 프레임워크를 통해 들어오는 빛이 필드를 통과할 때 추가 에너지원 없이 파장 변환이 쉽게 발생합니다.
응용 시연에서 프로토타입 수정은 내시경과 같은 THz 분석기용 소스를 생성하기 위해 개재된 정밀 광학 장치 없이 절단된 광섬유의 전면에 결합되었습니다.
UCLA에 따르면 "이 파장 변환이 없었다면 내시경 프로브에 사용되는 가는 광섬유가 지원할 수 없는 동일한 테라헤르츠파를 얻기 위해 100배의 광출력이 필요했을 것"이라고 합니다.
연구진에 따르면 이 기술은 마이크로파에서 원적외선 파장에 이르는 다른 변환에도 적용할 수 있다.
위는 단순화입니다. 이 작업은 Nature Communications의 논문 '플라즈몬 결합 표면 상태를 통한 파장 변환'에서 자세히 설명되어 있습니다.