Accessibility of doping ranges of semiconductors by terahertz spectroscopy
Fraunhofer Institute for Industrial Mathematics ITWM（弗劳恩霍夫工业数学研究所）；Department of Physics and Research Center OPTIMAS, RPTU University Kaiserslautern-Landau（莱布尼茨特里尔大学凯泽斯劳滕-兰道分校物理系与OPTIMAS研究中心）
本文通过太赫兹光谱学研究半导体掺杂范围的可测性，提出灵敏度度量并建立热图，揭示了不同材料和厚度下掺杂范围的依赖关系。
2026-02-24 physics.optics
Terahertz Metamaterials with Semiconductor Split-Ring Resonators for Magnetostatic Tunability
我们研究了由半导体开口环谐振器周期阵列构成的超表面。通过适当取向的外部静磁场，发现由垂直入射光激发的超颖表面的共振频率在太赫兹范围内是连续可调的。由于这样的超表面可以组装成3D超材料，因此前述结论也适用于包括半导体开口环谐振器的超材料。
2008-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
All-optical four-state magnetization reversal in (Ga,Mn)As ferromagnetic semiconductors
利用密度矩阵运动方程和紧束缚能带计算，我们预测了（III，Mn）As铁磁体的四个亚稳磁态之间的全光开关。在非线性相干光激发过程中，这种开关在100 fs内以非热方式启动。对于单个光脉冲，磁化反转在$\sim$ 100 ps后完成，并由相干飞秒光激发控制。我们预测的开关来自于由飞秒磁化倾斜触发的磁非线性，这种磁化倾斜对非绝热光诱导的自旋相互作用敏感。
2011-08-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Active Stabilization of Terahertz Semiconductor Dual-Comb Laser Sources Employing a Phase Locking Technique
具有等间距和低相位噪声频率线的双梳状光源对于高分辨率光谱学和计量学具有重要意义。在太赫兹频段，电泵浦半导体量子级联激光器（QCL）是频率梳和双梳操作的合适候选者。对于单个激光频率梳，可以使用微波注入锁定来锁定重复率，并且可以将载波频率锁定到高度稳定的源。然而，对于两个激光梳的锁定，应该同时锁定四个频率（两个重复率和两个载波偏移频率）;如果仅指双梳信号，则两个相对频率，即，应当锁定一个激光器相对于另一个激光器的偏移频率和重复频率。虽然已经成功地用于单激光梳的锁定技术原则上可以应用于双梳激光源，但是完全锁定使这种系统的实现相当复杂。在这里，我们提出了一种方法来稳定的太赫兹QCL双梳状源的相位锁定的双梳状线之一的射频（RF）合成器。该技术通过利用避免使用外部检测器的激光自检测来迫使其中一个激光器跟随另一个激光器的音调（保持两个激光梳之间的载波偏移频率差和重复频率差的总和为常数）。通过这种锁定技术的演示，我们证明了双梳可以产生超过2 μ s的时间尺度的周期性脉冲，表明太赫兹QCL梳没有控制的重复率可以产生脉冲型波形。
2021-02-13 physics.app-ph physics.optics
Comparative Study of Semiconductors for Terahertz Generation by Nonlinear Optical Process: An Overview
本研究探讨了不同类型的半导体晶体，包括评估几个物理特性和相关参数，包括折射率，多光子吸收系数，电光系数，非线性系数，相位倾斜角和优值，并绘制它们进行比较，以寻找可能成为太赫兹（THz）替代有效源的选项由于对高效能源的需求日益增加，对锌系半导体晶体（ZnTe、ZnSe、GaP、GaAs和CdTe）以及新引入的元素半导体（硒和碲）进行了研究。在本研究中，我们的目的是结合文献回顾，收集有关这里介绍的半导体材料的光学性质以及理论计算的散射数据。一些缺失的数据，这是从以前的研究或文献中无法获得的，将在这里计算和建模的基础上的介电函数和上述半导体的固有特性。研究发现，在较高的泵浦波长下，硒晶体将成为最有前途的太赫兹产生源，因为它的性能与本研究中评估的其他材料相比。这些新推出的具有不同泵浦条件的半导体可以导致对前所未有的效率的乐观看法。
2023-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exploiting the optical quadratic nonlinearity of zincblende semiconductors for guided-wave terahertz generation: a material comparison
详细分析和比较了CdTe、GaP、GaAs和InP介质波导在太赫兹波段的模式相位匹配光差频产生（DFG）。从DFG方程的形式出发，我们导出了一个非常一般的品质因数（FOM）的定义。反过来，这种FOM使我们能够比较不同的配置，考虑到线性和非线性的磁化率色散，太赫兹吸收，并严格评估波导模式的属性。最有效的波导发现与此过程中预测接近量子效率极限与输入光功率的顺序为kWs。
2009-06-19 physics.optics
Giant Tunable Faraday Effect in a Semiconductor Magneto-plasma for Broadband Terahertz Polarization Optics
我们报告了一个巨大的法拉第效应的电子等离子体中的n-InSb探测通过偏振分辨太赫兹（THz）时域光谱。在几特斯拉的磁场下，在很宽的频率范围（0.3-2.5 THz）内，极化旋转角和椭圆度分别达到π/2和1。实验结果和理论模拟表明，该结构可用于制作圆偏振器、半波片和偏振调制器等宽带可调谐太赫兹偏振光学器件。
2012-06-10 cond-mat.other physics.optics
Wide-range resistivity characterization of semiconductors with terahertz time-domain spectroscopy
本文提出两种基于Drude模型的太赫兹时域光谱方法，在10^-3至10^2 Ωcm宽范围内无损提取硅的电阻率，并结合X-Y扫描成像检测掺杂不均匀性。
2024-01-23 physics.optics
An in-plane photoelectric effect in two-dimensional electron systems for terahertz detection
光电效应包括在材料界面处的势垒之上的电子的光激发，并且被用于在宽频率范围上的光电检测。这种三维的过程有一个固有的低效率：光激发的电子获得动量主要是平行于界面，而离开的材料，他们必须移动垂直it.here，我们报告的平面内光电效应发生在一个二维电子气的发现。在这个纯粹的量子力学，无散射的过程中，光电子动量与所需的运动方向完美对齐。“功函数”是人工创建的，并且可以在原位进行调整。这种现象被用来建立一个直接的太赫兹探测器，它产生了一个巨大的零偏光响应，超过了已知机制的预测超过10倍。二维系统中光与物质相互作用的这一新方面为覆盖整个太赫兹范围的新型高效光电探测器铺平了道路。
2020-11-09 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Terahertz active spatial filtering through optically tunable hyperbolic metamaterials
我们从理论上考虑红外驱动的双曲型超材料能够空间过滤太赫兹辐射。超材料是由交替的半导体和电介质层制成的平板，其在太赫兹频率下的均匀单轴响应显示出不同符号的主折射率。由超材料双曲色散提供的间隙允许板在通过改变红外辐射强度可调谐的带宽内停止空间频率。我们数值上证明了设备的功能，通过诉诸全波模拟耦合到半导体层中的红外辐射光激发的电荷载流子的动力学。
2012-05-30 physics.optics
Farey tree locking of terahertz semiconductor laser frequency combs
针对太赫兹QCL频率梳主动锁定方法引入大相位噪声且系统复杂的问题，本文提出微波注入下的法里树锁定方法，利用频率竞争实现锁定并显著降低双梳相位噪声，为紧凑低噪声太赫兹频率梳源铺平道路。
2024-06-19 physics.ins-det physics.optics
Detection of deep-subwavelength dielectric layers at terahertz frequencies using semiconductor plasmonic resonators
由掺杂硅制成的等离子体领结天线可以在太赫兹（THz）频率下作为等离子体谐振器工作，并在其间隙附近提供大的场增强。我们从实验和理论上证明了接近天线表面的场限制使得能够检测比自由空间波长薄约3750倍的纳米（100 nm）无机膜。基于模型计算，我们得出结论，探测灵敏度及其随沉积层厚度的变化与天线周围的局部太赫兹场分布的衰减和蝴蝶结天线的间隙中的局部场增强有关。这种大的场增强具有提高基于等离子体激元的生物和化学传感器的检测限的潜力。
2012-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Ultrabroadband Gain-Switched and Superluminescent Terahertz Semiconductor Lasers
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学生物工程与应用科学学院）；Technical University of Munich (TUM)（慕尼黑工业大学）
该研究通过低频微波调制产生超宽频带太赫兹辐射，展示了增益开关和超光速模式的特性，为无谱隙吸收光谱提供新工具。
2026-04-26 physics.optics
Terahertz Spectroscopy of Semiconductor Microcavity Lasers I: Photon Lasers
半导体微腔可以表现出各种宏观量子现象，包括极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚、极化激元的Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）态和光子激光（具有可忽略的库仑激子效应的激光）。这些状态的可能的实验识别的一个重要方面是激发光谱中的间隙（在极化激元BCS状态的情况下的BCS间隙）。类似于极化激子BCS间隙，光致间隙可以存在于光子激光器中。虽然极化激元BCS状态已被观察到的基础上，在激光频率附近的光谱，使用光谱中心或周围的发射频率的光的极化激元BCS间隙的直接观察尚未实现。已经证实，低频（太赫兹）光谱学应该能够识别这种差距。在这两项研究的第一个，旨在确定光子激光器的线性太赫兹光谱的光致间隙的功能的理论开发和数值评估。结果表明，在带内电导率的光谱特征，因此在系统的透射率和吸收率可以与光诱导间隙。对于足够小的Drude阻尼，这包括太赫兹增益的光谱区域。未来的研究将概括目前的形式主义，包括库仑效应。
2021-08-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Temporal and Spectral Shaping of Broadband THz Pulses in a Photoexcited Semiconductor
通过光激发半导体的传输被用来在时间上和光谱上成形太赫兹脉冲。通过调节光抽运-太赫兹探测延迟，我们在实验上引入了高达92%的脉冲轮廓的极性不对称性。为了形成频谱，我们在强烈啁啾太赫兹脉冲后应用相同的技术。这导致频谱显著重塑，频谱中值上移52%。这里介绍的脉冲整形技术是特别重要的时间和光谱形状敏感的太赫兹非线性实验。
2014-09-22 physics.optics
Nonlinear terahertz devices utilizing semiconducting plasmonic metamaterials
响应性超材料的发展使得能够实现能够操纵光的振幅、偏振、波矢量和频率的紧凑可调谐光子器件。将半导体集成到金属谐振器的有源区中是通过半导体载流子密度的光电控制来创建非线性超材料的经验证的方法。无金属亚波长谐振半导体结构提供了一种替代方法来创建动态超材料。我们目前的InAs等离子体磁盘阵列作为一个可行的共振超材料在太赫兹频率。重要的是，InAs等离子体激元盘表现出由电场诱导的谷间散射引起的强非线性响应，导致载流子迁移率降低，从而抑制等离子体激元响应。我们展示了非线性完美的吸收器配置为光学限制器或饱和吸收器，包括灵活的非线性吸收器通过将磁盘转移到聚酰亚胺薄膜。非线性等离子体超材料显示出在超快THz光学和敏感电磁器件的被动保护方面的潜力。
2015-08-13 physics.optics
Self-phase modulation of a single-cycle terahertz pulse by nonlinear free-carrier response in a semiconductor
我们演示了自相位调制（SPM）的单周期太赫兹脉冲在半导体中，使用体n-GaAs作为模型系统。SPM起因于太赫兹脉冲的电场中的自由电子的加热，导致等离子体频率的超快降低，并且因此导致材料的太赫兹范围介电函数的强烈修改。THz SPM直接在时域中观察到。在频域中，它对应于一个强的频率依赖性的折射率非线性的n-GaAs，被发现是积极的和消极的广泛的太赫兹脉冲频谱内，与零交叉点定义的电子动量弛豫率。我们还观察到了太赫兹脉冲的非线性光谱展宽和压缩。
2012-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.optics
Mechanism and modulation of terahertz generation from a semimetal - graphite
与半导体相比，半金属可以提供更强的相互作用和更好的太赫兹波约束，同时保持可调谐性。特别地，石墨烯基材料被设想为太赫兹调制器、滤波器和超宽带源。然而，人们对这些材料产生太赫兹波的认识还不清楚，这限制了人们对太赫兹波的潜力的认识和器件性能的提高。石墨是石墨烯的母体材料，是一种典型的块体半金属，是研究半金属和石墨烯基材料的良好体系。本文通过对石墨表面太赫兹信号的调制和放大，揭示了石墨表面场驱动光子诱导载流子产生瞬态电流辐射太赫兹波的机理。我们还讨论了石墨和半导体之间的差异;特别是石墨从室温到80 ℃没有温度依赖性。以上知识将帮助我们理解太赫兹产生，在半金属或石墨烯基器件中实现最大输出和电调制。
2015-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Terahertz field effect in a two-dimensional semiconductor MoS2
本文利用混合三维-二维太赫兹纳米天线在原子级薄 MoS2 中实现亚皮秒超快场效应，将太赫兹电场转换为垂直栅控场并增强至 MV/cm 量级，通过相干太赫兹诱导斯塔克位移进行光学观测，突破了传统电栅控的微波响应限制。
2025-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Strong broadband intensity noise squeezing from near-infrared to terahertz frequencies in semiconductor lasers with nonlinear dissipation
本文提出利用具有尖锐强度依赖耗散的半导体激光器，在红外到太赫兹波段实现超过10 dB的强宽带强度噪声压缩，并展示自脉冲与双稳态行为，为片上量子光通信、计算和传感提供新平台。
2024-05-07 physics.optics quant-ph
Terahertz semiconductor laser chaos
本文实验证明无外部扰动的多模THz QCL可产生混沌，并通过Maxwell-Bloch与耦合复Ginzburg-Landau模型揭示其源于缺陷介导湍流。
2024-10-26 physics.optics
Flying doughnut terahertz pulses generated from semiconductor currents
该研究提出利用量子控制以全光方式操纵光场，成功生成具有方位偏振电场和强孤立纵向磁场的飞行甜甜圈太赫兹脉冲，并验证其在水蒸气吸收检测中的应用，为光谱和成像等领域提供独特探针。
2023-10-10 physics.optics
Slow wave and truly rainbow trapping in one-way terahertz waveguide
慢波甚至截止电磁波由于在能量存储、光缓冲和非线性增强等方面的潜在应用而引起研究者的关注。然而，在大多数情况下的电磁波捕获，电磁波并没有真正被捕获，由于反射的存在。本文通过理论分析和数值模拟证明了一种新型的金属-半导体-超导体-金属（MSSM）结构，以及在太赫兹波段的锥形MSSM模型中的一种新型的真彩虹陷阱。更重要的是，我们设计的MSSM结构实现了光缓存、光开关、光滤波器等功能器件。由于这种新型光器件具有单向传输的特性，因此具有高性能，有望在集成光路中得到应用。
2021-02-10 physics.optics
Unveiling the detection dynamics of semiconductor nanowire photodetectors by terahertz near-field nanoscopy
半导体纳米线场效应晶体管由于其传输特性的强非线性以及其低噪声等效功率（< 1 nW/Hz $^{1/2}$）和高响应度（> 100 V/W）的显著组合而代表了用于开发室温（RT）太赫兹（THz）频率光探测器的有前途的平台。纳米工程的NW光电探测器相结合的高灵敏度与高速度（亚纳秒）在太赫兹制度在RT是非常可取的许多前沿应用在量子光学和纳米光子学，但这需要一个清晰的理解的起源的光响应。然而，由于允许同时激活不同过程的固有设备不对称性，传统的电学和光学测量不能明确地确定主导检测机制。在这里，我们创新地捕捉快照的光响应的个人InAs纳米线通过高空间分辨率（35 nm）太赫兹光电流纳米显微镜。通过将太赫兹量子级联激光器耦合到散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）并监测电学和光学读数，我们同时测量传输和散射特性。空间分辨的电响应提供了明确的签名的光热电或测辐射热电流的相互作用进行了讨论，作为光子密度和材料掺杂的函数，因此提供了一种途径，工程师的光响应设计。
2020-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Electronic control of extraordinary terahertz transmission through subwavelength metal hole arrays
我们描述了通过制作在杂质半导体衬底上的亚波长金属孔阵列实现非常太赫兹透射的电子控制。混合金属-半导体形成肖特基二极管结构，其中有源耗尽区通过施加外部电压偏置来实时修改衬底电导率。这使得能够有效地控制共振增强的太赫兹传输。我们的原理验证设备通过在0和16伏之间改变电压偏置来实现52%的强度调制深度。进一步的优化可能会导致器件性能和实际应用的改善。这种方法也可以转换到其他光学频率范围。
2008-05-12 physics.optics physics.plasm-ph
Resonant Fully dielectric metasurfaces for ultrafast Terahertz pulse generation
针对现有太赫兹发射超表面吸收高的问题，提出依托形貌介导谐振与固有二阶非线性响应的全介质半导体超表面，实现40倍效率提升，为可扩展太赫兹发射体设计提供新方案。
2024-01-18 physics.optics
Self-Referenced Terahertz Semiconductor Dual-Comb Sources
本文提出一种无需外部锁定组件的自参考方法，通过滤出一条双梳谱线与整体信号拍频以消除噪声，在纯THz QCL平台上实现了双梳信号的完全稳定，显著提升了长期稳定性，为高精度测量提供最简方案。
2022-06-21 physics.optics
Slow light,double directional rainbow trapping and releasing at terahertz frequencies
在过去的二十年里，慢光和彩虹捕获引起了人们的广泛关注，在以往的研究工作中，研究人员大多采用复杂的结构或技术，如超材料技术来实现慢光和彩虹捕获。本文提出了一种由半导体层和介质层组成的简单波导，发现在色散曲线上出现了慢光峰。此外，慢光峰中的$v_g = 0$（$v_g$是群速度）的截止频率取决于半导体和电介质的厚度。然后，我们设计了一个锥形的，水平对称的结构。我们还使用COMSOL软件和时域有限差分方法，实现了双向彩虹捕获，更重要的是，在这种结构中释放彩虹。该方法在小型化光集成电路中的光隔离器、光缓冲器、光开关等光功能器件中具有广阔的应用前景。
2019-11-26 physics.optics
Terahertz-Induced Nonlinear Response in ZnTe
本研究利用时间分辨太赫兹泵浦-太赫兹探测光谱学，定量分析了ZnTe在太赫兹频域的非线性响应，提出了二阶非线性极化模型并确定了三阶极化率大小，为强太赫兹场的电光采样测量提供了重要参考。
2025-03-07 physics.optics
Ultrafast two-dimensional field spectroscopy of terahertz intersubband saturable absorbers
半导体多量子阱（MQW）结构中的子带间跃迁（ISB）是发展太赫兹（THz）可饱和吸收体的一个很有前途的候选材料。在这里，我们利用振幅和相位分辨的二维（2D）太赫兹光谱的子周期时间尺度上直接观察的饱和动力学和相干控制的ISB过渡的金属-绝缘体多量子阱结构。记录了非相干泵浦-探测信号和相干四波混频信号随单周期太赫兹脉冲峰值电场变化的清晰特征。所有非线性信号在11 kV/cm的THz电场振幅下达到显著的最大值，并且在更高的电场下降低。我们证明，这种行为是太赫兹驱动的载波拉比跳频的指纹。麦克斯韦-布洛赫方程的数值解再现我们的实验结果定量和跟踪布洛赫矢量的轨迹。这种微观模型使我们能够设计定制的MQW结构，优化的动态性能的饱和吸收体，可用于未来的紧凑型基于晶闸管的单周期太赫兹源。
2019-05-01 physics.optics
Multiple truly topological unidirectional surface magnetoplasmons at terahertz frequencies
本文提出在半导体-电介质-半导体波导中实现多重真正拓扑单向表面磁等离子体激元模式，支持两种USMP模式及多模干涉，并实现可调分束器和相位调制。
2025-05-22 physics.optics
Probing the momentum relaxation time of charge carriers in ultrathin semiconductor layers
本文报道了一种测量半导体层中载流子动量弛豫时间的太赫兹时域技术。相敏调制技术直接提供弛豫时间。时间分辨的太赫兹实验进行n掺杂GaAs和显示精确的协议与电气特性得到的数据。该技术非常适合于研究诸如载流子的有效质量或载流子密度之类的参数先验未知的新型材料。
2009-08-06 physics.optics
Giant room-temperature nonlinearities from a monolayer Janus topological semiconductor
本文报道了单层1T'相Janus拓扑半导体在室温下的巨大非线性光学响应，其太赫兹非线性比2H MoS2增强数十倍，源于拓扑能带混合与反演对称性破缺，为光电子学及阿秒光源应用提供了新平台。
2023-04-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enabling materials for subwavelength-size low-loss surface modes in the Terahertz spectral range
太赫兹光谱范围（频率为0.1-1 THz）最近已成为非破坏性成像，工业传感和超快无线通信的下一个前沿。在这里，我们回顾了几类材料，如简单的金属，半导体，高介电常数，极性材料，零间隙材料，以及结构材料，可以支持强局部电磁模式在太赫兹光谱范围内的材料界面。我们提出了表面波的基本理论，详细说明了强模式限制和低损耗的表面波在材料界面上传播的要求，并讨论了在太赫兹频率激发这种模式的挑战。然后介绍了大量与自然发生的和人造材料有关的例子。太赫兹频率表面波的各种实际应用被设想为包括非破坏性超分辨率成像和质量控制、能够与在可见光和近红外中不透明的小体积分析物一起操作的高灵敏度传感器、以及用于即将到来的超高比特率THz通信设备的紧凑型光学电路的设计。
2019-11-05 physics.optics
A Dynamically Reconfigurable Terahertz Array Antenna for Near-field Imaging Applications
提出了利用SLM实现亚波长分辨率的高速近场成像的概念证明。利用市售的GaAs半导体衬底制作了电极间隙为100 μ m、长度为5 mm的8通道THz探测器阵列天线。每个阵列天线可以同时激发通过空间重新配置的光学探测光束和太赫兹电场可以记录使用8通道锁定放大器。通过沿阵列天线的长度扫描探测波束，可以获得具有幅度、相位和频率信息的2D图像。
2017-05-30 physics.ins-det physics.optics
Application of scanning mid-IR-laser microscopy for characterization of semiconductor materials for photovoltaics
扫描中红外激光显微镜以前被证明是表征不同半导体晶体的有效工具。现在，该技术已成功地应用于研究CZ SixGe 1-x --一种有前途的光致发光材料--和太阳能电池用多晶硅。此外，这种技术被证明是适当的成像抛光引起的缺陷，以及这样的巨大的缺陷，如“针孔”。此外，以前无法解释的“异常”（立方功率）的依赖性的信号的扫描中红外激光显微镜在光束诱导的光散射模式上获得的机械抛光样品的光激发功率现在已被归因于过剩的载流子散射带电的线性缺陷，可能位错线。本文的结论是，扫描中红外激光显微镜可作为现代光化学材料缺陷研究的一种非常有效的工具。
2010-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
