LINBO 3 КЛИНООБРАЗНА ТГЦ АНТЕННА, ЧАСТКОВО ЗАПОЛНЯЮЧА МЕТАЛЕВИЙ ХВИЛЬОВОД - тема наукової

linbo

Ціна:

Автори роботи:

НІКОГОСЯН АНАЇД СЕРГІЇВНА

Науковий журнал:

Рік виходу:

Текст наукової статті на тему «LINBO 3 КЛИНООБРАЗНА ТГЦ АНТЕННА, ЧАСТКОВО ЗАПОЛНЯЮЧА МЕТАЛЕВИЙ ХВИЛЬОВОД»

ОПТИЧНІ ЯВИЩІ ТА ПРИСТРОЇ

OPTICAL PHENOMENA AND FACILITIES

ОПТИЧНІ ЯВИЩІ ТА ПРИСТРОЇ

OPTICAL PHENOMENA AND FACILITIES

Стаття надійшла до редакції 03.02.15. ред. реєстр. №2177

The article ha entered in publishing office 03.02.15. Ed. reg. No. 2177

LiNbO3 КЛИНООБРАЗНА T^ АНТЕННА, ЧАСТКОВО ЗАПОЛНЮЮЧА МЕТАЛЕВИЙ ХВИЛЬОВОД

Єреванський Державний університет Республіка Вірменія, 0025, Єреван, вул. О.Манукяна, буд. 1 Тел.: (37410) 53-74-79, факс: (37410) 55-46-41, e-mail: [email protected]

У роботі представлені результати генерації широкосмугового випромінювання ТГц в області 0,1-2 ТГц. Генерацію ТГц випромінювання здійснено в нелінійному кристалі LiNbO3 клиноподібної форми завдяки нелінійному ефекту - оптичному випрямленню фемтосекундних світлових лазерних імпульсів. Показано, що тимчасові та частотні характеристики ТГц поля, випромінюваного нелінійним клиноподібним кристалом, що частково заповнює металевий хвилевід, змінюються, якщо кристал розташувати у вільному просторі. У спектрі ТГц імпульсу інтенсивні спектральні лінії спостерігалися на частотах 279 ГГц та 1 ТГц.

Ключові слова: оптичне випрямлення, фемтосекундний лазер, терагерцеве випромінювання, клиноподібна ТГц антена, частково заповнений металевий хвилевід.

LINBO3 TAPERED THz ANTENNA PARTIALLY FILLING THE METAL WAVEGUIDE

Yerevan State University 1 A.Manukyan str., Yerevan, 0025, Armenia Tel.: (37410) 53-74-79, fax: (37410) 55-46-41, e-mail:[email protected]

Повернено: 07.02.15 Експертиза: 10.02.15 Прийнято: 13.02.15

Наведено результати генерації ультраширокосмугового терагерцового (ТГц) випромінювання в діапазоні 0,1-2 ТГц шляхом оптичного випрямлення фемтосекундних лазерних імпульсів у нелінійному конічному кристалі. Показано, що при розміщенні кристала LiNbO3 у вільному просторі та в порожнистому хвилеводі змінюються часові та спектральні характеристики випромінюваного ТГц поля. Спостерігається кілька інтенсивних областей спектру (279 ГГц і 1 ТГц), частота яких залежить від розміру LiNbO3. Збудження ТГц випромінювання в конічній нелінійній кристалічній антені, що частково заповнює металевий хвилевід, за допомогою оптичного фемтосекундного лазерного імпульсу дозволяє вирішити проблеми, пов'язані зі зв'язком входу/виходу - узгодженням мод і поширенням однієї моди.

Ключові слова: оптичне випрямлення, фемтосекундний лазер, терагерцове випромінювання, конічна ТГц антена, часткове заповнення металевого хвилеводу.

№ 06 (170) Международный научный журнал

Анаид Сергеевна Никогосян Anahit S. Nikoghosyan

Образование: физический факультет Ереванского гос. університету, кваліфікація "Радіофізик".

Область наукових інтересів: фізика ультракоротких імпульсів і квантова радіофізика, генерація і детектування терагерцового випромінювання, терагерцовая спектроскопія в тимчасовій області і візуалізація, терагерцовые волноводы і антени, високотемпературні сверхпроводники (ВТСП).

Відомості про автора: кандидат технічних наук, доцент кафедри мікрохвильової радіофізики та телекомунікацій Єреванського державного університету.

Освіта: Фізичний факультет Єреванського державного університету, Вірменія. Випускний на відмінно. Кваліфікація «Радіофізика».

Клинообразные діелектричні структуришироко використовуються при конструюванні компонентів міліметрових, субміліметрових (аттенюатор, фазообертач) і оптичних пристроїв (у ближньо-польовому оптичному мікроскопі, для концентрації падаючого випромінювання) [1]. Клиноподібні хвилеводи для спрямування та збільшення ТГц випромінювання в обмеженій області були застосовані у роботах [25]. Збільшення чутливості ТГц хвилеводної спектроскопії в тимчасовій ділянці, завдяки адіабатичному стиску ТГц випромінювання клиноподібним плоскопаралельним хвилеводом (рис. 1), досліджувалося в [6]. Суперфокусування терагерцових хвиль нижче величини А/250, використовуючи плазмонний клиноподібний плоскопаралельний хвилевід, було продемонстровано в [7]. У статті [8] при візуалізації зображення вимірювання ТГц поля з субхвильовим просторовим дозволом було досягнуто завдяки наданню наконечнику вимірювальної головки клиноподібної форми. Клиноподібна діелектрична стрижнева антена міліметрового діапазону з прямокутним поперечним перерізом була розроблена для інтегральних діелектричних схем [9]. Метал-діелектрична пірамідальна антена (рис. 2), що випромінює ТГц імпульси або безперервну хвилю на частоті 80 ГГц, була використана для побудови зображення у ближньому полі [10]. Частотно-незалежний просторовий дозвіл був близько 20 мкм, відповідало А/200 на частоті 80 ГГц і обмежувалося тільки величиною вихідної грані вістря. Всі вищезгадані антени були виготовлені з лінійних матеріалів.

ТГц випромінювання в діелектричному хвилеводі, в пластині з нелінійно-оптичного кристала Ь1№О3 з клиноподібним вихідним торцем (рис. 3), і Ы№О3 клиноподібна ТГц антена, розташовані у вільному просторі, були досліджені в [11, 12].

Мал. 1. Клиноподібний плоскопаралельний хвилевід Fig. 1. Wedge-shaped plane-parallel waveguide

Мал. 2. Метал-діелектрична пірамідальна антена Fig. 2. Metal-диелектричний пірамідальний antenna

Мал. 3. Клиноподібна T^ антена з нелінійно-

оптичного кристала LiNbO3, керована фемтосекундним оптичним лазерним імпульсом Fig. 3. Wedge-shaped THz antenna of nonlinear optical crystal LiNbO3, controlled by optical femtosecond laser pulse

№ 06 (170) Міжнародний науковий журнал

А.С. Нікогосян. LiNbO3 клиноподібна TГц антена, що частково заповнює металевий хвилевід

Генерація ТГц випромінювання в клиноподібній антені, поміщеній у металевий хвилевід та у вільний простір

У статті представлені експериментальні результати ефективної генерації ультраширокополосного терагерцового випромінювання в смузі 0,1-2 ТГц за допомогою оптичного випрямлення фемтосе-кундних (фс) лазерних імпульсів у нелінійному клиноподібному кристалі №03, частково заповнює металевий хвилевід. Щоб уникнути відбиття ТГц хвилі від вихідної поверхні кристала внаслідок неузгодженості комплексного опору кристала з вільним простором вихідна поверхня кристала була зрізана під кутом. Клиноподібна форма кристала забезпечує широкосмугове узгодження повного опору кристала з вільним простором, внаслідок якого інтенсивність ТГц випромінювання зростає порівняно з випадком, коли кристал має прямокутну форму [2, 13]. Висота Ь прямокутного кристала розмірами (а, Ь, Ь) зменшувалася лінійно від величини Ь до нуля, тоді як вузька сторона зберігалася постійною (рис. 4). Напівкут клину був а = 11° (£ТГц

1/а), а довжина кристала b = 8 мм. Нам нез-

Оптичне збудження широкосмугового ТГц імпульсу здійснювалося зі 100 фс імпульсами Ti-сапфірового лазера (к = 800 нм) [14]. Генерація лінійно поляризованого ТГц поля типу EXm (TE-мода) обумовлена ​​найбільшою компонентою тензора нелінійної сприйнятливості другого порядку d33. Тимчасова хвильова форма ТГц поля клиноподібного кристала LiNbO3, розташованого у вільному просторі, та терагерцовий спектр, отриманий після швидкого перетворення Фур'є (FFT), показані на рис. 4.

У спектрі ТГц імпульсу інтенсивні спектральні лінії спостерігалися на частотах 0,279 та 1 ТГц. На рис. 5 показані тимчасова хвильова форма і амплітудний спектр терагерцового випромінювання клиноподібного кристала LiNbO3, коли він розташований у металевому підлоговому хвилеводі. Внаслідок висоти b хвилеводу, що безперервно змінюється, змінюється критична частота і групова швидкість ТГц хвилі. ТГц хвиля проходить із багатомодового режиму до одномодового, і ТГц поле концентрується.