×
20.12.2014
216.013.1328

ГЕНЕРАТОР СУБТЕРАГЕРЦОВОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКОГО ТРАНЗИСТОРА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002536327
Дата охранного документа
20.12.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области генерации электромагнитного излучения в субтерагерцовом и терагерцовом диапазонах частот. Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения включает источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент. Оптический активный элемент оснащен дополнительным полевым транзистором, имеющим в подзатворной области слой полупроводника с коротким временем жизни фотовозбужденных носителей заряда, затвор из прозрачного или полупрозрачного материала, при этом электрическое смещение подается на сток и исток проводящего канала полевого транзистора. Технический результат заключается в увеличении выходной мощности. 2 ил.
Основные результаты: Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения на основе оптического транзистора, включающий источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент, отличающийся тем, что оптический активный элемент оснащен дополнительным полевым транзистором, имеющим в подзатворной области слой полупроводника с коротким временем жизни фотовозбужденных носителей заряда, затвор из прозрачного или полупрозрачного материала, а также тем, что электрическое смещение подается на сток и исток проводящего канала полевого транзистора.
Реферат Свернуть Развернуть

Настоящее изобретение относится к области генераторов электромагнитного излучения, работающих в субтерагерцовом и терагерцовом диапазонах частот (50-2000 ГГц). Изобретение представляет собой генератор, основанный на оптическом преобразовании импульсов фемтосекундного лазера или суммы полей излучения двух лазеров, работающих в непрерывном режиме, с последующей высокочастотной модуляцией электрического тока, протекающего внутри устройства. Генератор может быть исполнен в твердотельном варианте, при этом электрический ток протекает по проводящему каналу полевого транзистора. Изобретение может использоваться в разнообразных областях науки и техники: молекулярной и твердотельной спектроскопии, системах высокочастотной беспроводной связи, космических исследованиях, биологии, медицинской томографии.

Известен генератор субтерагерцового и терагерцового излучения, использующий принцип оптического преобразования коротких импульсов фемтосекундного лазера, осуществляемого на оптически активном элементе-фотосмесителе (time domain terahertz generation). Устройство также содержит сам источник лазерного излучения и электрическую цепь с источником напряжения и индуктивной нагрузкой, выступающей в качестве антенны для эффективного излучения генерируемой электромагнитной волны в субтерагерцовом и терагерцовом диапазоне частот. В качестве оптически активного элемента используется материал, характеризуемый ультракоротким временем жизни (менее 1 пс) фотовозбужденных носителей заряда. Таким материалом является, например, полупроводник, обладающий большим количеством структурных дефектов, на которых эффективно осуществляется захват носителей заряда. Наиболее часто для приложений используется нелегированный арсенид галлия, выращенный при низкой температуре (LT-GaAs), либо легированный редкими землями (GaAs:Er) или ионно-облученный. Принцип действия генератора заключается в фотовозбуждении носителей заряда при поглощении полупроводником импульса лазерного излучения, что приводит к короткому импульсу электрического тока длительностью порядка 1 пс в облучаемом материале при приложении к нему внешнего электрического смещения.

Переходная характеристика импульса электрического тока, который протекает через полупроводник и внешнюю электрическую цепь, определяет частотную характеристику электромагнитного излучения, генерируемого данной системой. Спектр излучения оказывается существенно немонохроматическим и преимущественно находится в диапазоне 100 ГГц - 2 ТГц, средняя во времени и интегральная по всем частотам мощность излучения не превышает несколько десятков милливатт («TERAHERTZ RADIATION EMISSION AND DETECTION», европейский патент № EP 0606776 A2, опубл. 20.07.1994).

Известен генератор субтерагерцового и терагерцового излучения, содержащий источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент, использующий принцип оптического преобразования на полупроводниковом фотосмесителе суммы полей излучения двух лазеров, работающих в непрерывном режиме (frequency domain terahertz generation). Физический принцип действия и устройство генератора аналогичны ранее описанным, с тем существенным изменением, что при работе используются два непрерывных лазера, и частотная характеристика протекающего фототока определяется разностью между частотами генерации двух лазеров. Спектр выходного излучения является монохроматическим с шириной линии, определяемой ширинами линий генерации лазеров. Однако выходная мощность таких генераторов оказывается крайне малой и составляет десятки микроватт на частотах порядка 100 ГГц и сотни нановатт на частотах порядка 2 ТГц («LIGHT MIXER FOR GENERATING TERAHERTZ RADIATION», патент США № US 20120261577 A1 опубл. 18.10.2012).

Существенно, что выходные мощности описанных генераторов принципиально ограничиваются величиной фототока, который генерируется при поглощении лазерного излучения. Максимальная величина фототока составляет несколько десятков миллиампер и определяется главным образом предельной плотностью мощности падающего света, которую способен выдержать материал полупроводника (порядка 1 мВт/мкм2).

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в увеличении выходной мощности генераторов субтерагерцового и терагерцового излучения, основанных на принципе оптического выпрямления импульсов фемтосекундного лазера или суммы полей излучения двух лазеров, работающих в непрерывном режиме.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата. Для достижения заявленного технического результата оптически активный элемент дополняется полевым транзистором. При этом реализуется такой режим работы генератора субтерагерцового и терагерцового излучения, когда воздействие попадающего на оптически активный элемент излучения лазера приводит к уменьшению электрического тока, стационарно протекающего через канал полевого транзистора при постоянном электрическом смещении. Так как мощность генерируемого субтерагерцового и терагерцового излучения задается скоростью изменения (первой производной по времени) величины электрического тока в цепи генератора, такой режим работы физически эквивалентен указанному ранее, когда электрический ток возникал в результате фотовозбуждения носителей электрического заряда. Однако амплитуда переменной составляющей электрического тока в описываемом устройстве определяется не существенно ограниченной величиной фототока, а гораздо большей величиной постоянного тока, протекающего через канал полевого транзистора, и глубиной его модуляции под воздействием оптического излучения, которая может достигать единицы. Ключевым отличием режима работы предлагаемого генератора от описанных ранее устройств является инверсия результата воздействия лазерного излучения: в предлагаемом устройстве оно приводит к уменьшению электрического тока, протекающего через цепь, внешнюю по отношению к оптически активному элементу. Для реализации такого режима работы генератора на основе полевого транзистора, в полупроводниковую структуру, содержащую слой оптический активного полупроводника (например, LT-GaAs), в процессе роста добавляются полупроводниковые слои, образующие наноструктуру с двумерным заряженным слоем, которая отделена изолирующей прослойкой (например, барьером из материала Al0.3Ga0.7As) от слоя LT-GaAs. Двумерный заряженный слой затем используется в качестве проводящего канала полевого транзистора, а прозрачный или полупрозрачный затвор транзистора формируется прямо на поверхности слоя LT-GaAs. Постоянное отрицательное смещение, подаваемое на затвор транзистора, приводит к уменьшению проводимости канала, степень которого определяется полной толщиной прослойки изолятора между двумерным каналом и затвором. При отсутствии оптической подсветки данная толщина изолятора равна сумме толщин слоя LT-GaAs и изолирующей прослойки до проводящего канала. При освещении лазерным светом с энергией кванта, большей ширины запрещенной зоны материала GaAs и меньшей ширины запрещенной зоны материала Al0.3Ga0.7As, слой LT-GaAs становится хорошо проводящим, и полная толщина изолятора уменьшается, что приводит к усилению эффекта поля и уменьшению тока через канал полевого транзистора.

На фиг.1 приведена принципиальная схема описываемого генератора субтерагерцового и терагерцового излучения, содержащего источник лазерного излучения 1, электрическую цепь с источниками напряжения 2, 3 и импедансной нагрузкой 4, а также оптически активный элемент 5, оснащенный полевым транзистором, данную связку в дальнейшем называем оптическим транзистором.

Оптический транзистор (фиг.2) содержит слой LT-GaAs 6, под которым расположена изолирующая прослойка 7 и проводящий канал полевого транзистора 8. К каналу полевого транзистора сделаны как минимум два омических контакта 9, служащих стоком и истоком транзистора. Над слоем LT-GaAs сформирован прозрачный или полупрозрачный затвор полевого транзистора 10.

На затвор подается небольшое отрицательное напряжение от источника 2 (фиг.1) относительно стока или истока, которое слабо запирает транзистор при отсутствии света. Между стоком и истоком транзистора 9 при отсутствии света протекает электрический ток благодаря включению источника напряжения 3 во внешнюю цепь прибора, содержающую в себе также нагрузку 4 с импедансом Z, обеспечивающим эффективную генерацию субтерагерцового и терагерцового излучения 11. Для работы описываемого генератора на затвор полевого транзистора 10 направляется лазерное излучение 1 от двух непрерывных лазеров с частотами генерации f1 и f2 либо от импульсного лазера. Согласно описанному выше механизму, это приводит соответственно к модуляции электрического тока в канале полевого транзистора на разностной частоте , либо к сверхкоротким провалам в величине тока («импульсам выключения тока»), что вызывает генерацию субтерагерцового или терагерцового излучения на нагрузке 4.

Генератор субтерагерцового и терагерцового излучения на основе оптического транзистора, включающий источник лазерного излучения, электрическую цепь с источниками напряжения и импедансной нагрузкой, и оптически активный элемент, отличающийся тем, что оптический активный элемент оснащен дополнительным полевым транзистором, имеющим в подзатворной области слой полупроводника с коротким временем жизни фотовозбужденных носителей заряда, затвор из прозрачного или полупрозрачного материала, а также тем, что электрическое смещение подается на сток и исток проводящего канала полевого транзистора.
ГЕНЕРАТОР СУБТЕРАГЕРЦОВОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКОГО ТРАНЗИСТОРА
ГЕНЕРАТОР СУБТЕРАГЕРЦОВОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКОГО ТРАНЗИСТОРА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 91 items.
10.01.2013
№216.012.1846

Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках

Изобретение относится к нанотехнологии. Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок (УНТ) на металлических подложках состоит из двух электродов 7 и 8, расположенных соосно и перемещаемых навстречу друг другу водоохлаждаемыми штоками 8 и 9, скользящих графитовых токоподводов 11 и 12,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471706
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2477

Устройство и способ с речевым интерфейсом определения водолазом направления на источник тонального звукового сигнала

Использование: для определения водолазом направления на источник тонального звукового сигнала. Сущность: сигнал источника принимается на две ненаправленные антенны, расстояние между которыми λ/4. Сигнал от первой антенны подается на вход сумматора, сигнал от второй антенны последовательно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474837
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.04.2013
№216.012.3480

Способ определения глубины погружения приводняющегося объекта

Использование: для измерения глубины погружения приводняющегося объекта с использованием гидролокатора ближнего действия, установленного на движущемся носителе относительно горизонта его движения. Сущность: с помощью гидролокатора производят излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478983
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.06.2013
№216.012.4cb3

Способ получения монокристаллов теллурида галлия (ii)

Изобретение относится к технологии получения кристаллов GaTe, которые могут быть использованы в нелинейной оптике, а именно для оптических преобразователей частоты ИК и ТГц диапазонов. Кристаллы теллурида галлия (II) выращивают вертикальной зонной плавкой в графитовых тиглях под давлением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485217
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4cb4

Способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута

Изобретение относится к области выращивания из расплава нелегированных кристаллов вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO), являющегося перспективным материалом для Черепковских детекторов. Выращивание кристаллов осуществляют методом Чохральского в воздушной атмосфере со скоростью вытягивания 4-5...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485218
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.10.2013
№216.012.783c

Крионаконечник с сапфировым хладопроводом-облучателем

Изобретение относится к хирургическим инструментам, применяемым для локального замораживания и деструкции выделенных участков биологической ткани, и может быть использовано в общей и детской хирургии, в онкологии, дерматологии, отоларингологии, гинекологии, косметологии. Крионаконечник с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496442
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.01.2014
№216.012.98be

Устройство для визуализации электрических полей свч в пространстве

Использование: относится к области визуализации распределения в пространстве электрических полей СВЧ диапазона. Сущность: в установке визуализации СВЧ полей применены измерительная камера «открытого» типа из двух расположенных горизонтально параллельных медных дисков, антенна-зонд,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504801
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.03.2014
№216.012.adf5

Способ удаления опухолей мозга с выделением границ опухоли флуоресцентной диагностикой с одновременной коагуляцией и аспирацией и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к медицине. Устройство включает сапфировый зонд с продольными каналами, в которых размещены оптические волокна, одни из которых предназначены для подачи излучения, возбуждающего флуоресценцию и коагулирующего излучения в зону деструкции ткани от присоединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510248
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.06.2014
№216.012.d04b

Способ эксфолиации слоистых кристаллических материалов

Изобретение относится к нанотехнологиям. Способ включает эксфолиацию заготовок из слоистых кристаллических материалов, закрепленных с одной стороны на опоре из глипталя, с использованием клейкой ленты, глипталь по окончании эксфолиации растворяют в ацетоне, где образуется взвесь кристаллических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519094
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.06.2014
№216.012.d5ae

Способ получения слоев карбида кремния

Изобретение относится к области получения карбида кремния, используемого в полупроводниковой промышленности в качестве материала для радиопоглощающих покрытий, диодов, светодиодов, солнечных элементов и силовых вентилей. Карбид кремния получают перемещением ленты углеродной фольги в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520480
Дата охранного документа: 27.06.2014
Showing 1-10 of 36 items.
10.01.2013
№216.012.1846

Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках

Изобретение относится к нанотехнологии. Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок (УНТ) на металлических подложках состоит из двух электродов 7 и 8, расположенных соосно и перемещаемых навстречу друг другу водоохлаждаемыми штоками 8 и 9, скользящих графитовых токоподводов 11 и 12,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471706
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.2477

Устройство и способ с речевым интерфейсом определения водолазом направления на источник тонального звукового сигнала

Использование: для определения водолазом направления на источник тонального звукового сигнала. Сущность: сигнал источника принимается на две ненаправленные антенны, расстояние между которыми λ/4. Сигнал от первой антенны подается на вход сумматора, сигнал от второй антенны последовательно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474837
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.04.2013
№216.012.3480

Способ определения глубины погружения приводняющегося объекта

Использование: для измерения глубины погружения приводняющегося объекта с использованием гидролокатора ближнего действия, установленного на движущемся носителе относительно горизонта его движения. Сущность: с помощью гидролокатора производят излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478983
Дата охранного документа: 10.04.2013
20.06.2013
№216.012.4cb3

Способ получения монокристаллов теллурида галлия (ii)

Изобретение относится к технологии получения кристаллов GaTe, которые могут быть использованы в нелинейной оптике, а именно для оптических преобразователей частоты ИК и ТГц диапазонов. Кристаллы теллурида галлия (II) выращивают вертикальной зонной плавкой в графитовых тиглях под давлением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485217
Дата охранного документа: 20.06.2013
20.06.2013
№216.012.4cb4

Способ получения кристаллов вольфрамата натрия-висмута

Изобретение относится к области выращивания из расплава нелегированных кристаллов вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO), являющегося перспективным материалом для Черепковских детекторов. Выращивание кристаллов осуществляют методом Чохральского в воздушной атмосфере со скоростью вытягивания 4-5...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485218
Дата охранного документа: 20.06.2013
27.10.2013
№216.012.783c

Крионаконечник с сапфировым хладопроводом-облучателем

Изобретение относится к хирургическим инструментам, применяемым для локального замораживания и деструкции выделенных участков биологической ткани, и может быть использовано в общей и детской хирургии, в онкологии, дерматологии, отоларингологии, гинекологии, косметологии. Крионаконечник с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496442
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.01.2014
№216.012.98be

Устройство для визуализации электрических полей свч в пространстве

Использование: относится к области визуализации распределения в пространстве электрических полей СВЧ диапазона. Сущность: в установке визуализации СВЧ полей применены измерительная камера «открытого» типа из двух расположенных горизонтально параллельных медных дисков, антенна-зонд,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504801
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.03.2014
№216.012.adf5

Способ удаления опухолей мозга с выделением границ опухоли флуоресцентной диагностикой с одновременной коагуляцией и аспирацией и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к медицине. Устройство включает сапфировый зонд с продольными каналами, в которых размещены оптические волокна, одни из которых предназначены для подачи излучения, возбуждающего флуоресценцию и коагулирующего излучения в зону деструкции ткани от присоединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510248
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.06.2014
№216.012.d04b

Способ эксфолиации слоистых кристаллических материалов

Изобретение относится к нанотехнологиям. Способ включает эксфолиацию заготовок из слоистых кристаллических материалов, закрепленных с одной стороны на опоре из глипталя, с использованием клейкой ленты, глипталь по окончании эксфолиации растворяют в ацетоне, где образуется взвесь кристаллических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519094
Дата охранного документа: 10.06.2014
27.06.2014
№216.012.d5ae

Способ получения слоев карбида кремния

Изобретение относится к области получения карбида кремния, используемого в полупроводниковой промышленности в качестве материала для радиопоглощающих покрытий, диодов, светодиодов, солнечных элементов и силовых вентилей. Карбид кремния получают перемещением ленты углеродной фольги в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520480
Дата охранного документа: 27.06.2014
+ добавить свой РИД