ホワイトパー
相干の天博综合体育中国官方网站ェムto秒増幅器の出力から受ける太赫兹研究のメritto
安定した相干精英双からの高いパルエネルギーとパルスの缲り返し率の组み合わせにより、CEPの安定性に优れた强力なTHzパルsuが可能になり、これは半导体内における高御の电子の挙动を调查するために使用されます。
はじめに
reーゲンブルク大学のルパート·天博综合体育中国官方网站バー教授の研究室では、Coherentのウルトラァーsutorーザ·再生増幅器モデルLegend Elite双人使用してCEPの安定性に优れたTHzパルスを生成しています。このパルsuは、100 MV/cmにい近过渡の太赫兹料理の影响下におけるGaSe试料内の电子の挙动の调查に使われています。 GaSe検出器において、8fsパrusuにより、试料からの信号に电気光学的な「sutorobobsuコープ」のゲーティングを适用することで、ブロッホ振动や、そうした高い电界において短时间でのみ出现するコヒーrentoおよび干渉导电メカニズムに关系する、重要情报を含むデータを得ています[1]。この情报は、コヒーrentoエrekutoronikusuto 潜在的ココヒーrento no THzreーto电子 kompiyu ティngにおいて、青少年段阶の分野で使用できます。副次的な特长として、试料から放射される信号は、远赤外线の0.1THz未満から大幅の675THzまでを一意にカバーし、高次高调波の拡张された「はしご」の形をとることが示され、これらすべての范囲で完全な位相安定性を备えており、fotonikkuの実験で使用することができます。传说精英増幅器のパルエネルギーと安定性により、高磁场振幅と高调波を安定したCEPで発生させることが可能になります。
固体エrekutoronikusuの新领域
maikuroerekutoronikusuの出力と密度は、ムーアの法则に従って、一见したところ増加の一途をたどっています。长年にわたり、この包括な商家ロードマップに歩调を合わせていくための主要课题は、これまで以上に构造を小型化して制造することであり、想定される回折限界をはるかに超えたマイしかし、ゲートラインやその他の机能がわずか收录ナノメートルにまで小さくなると、固有の材料特性が障害となり始めます。たとえば、低诱电率电诱体使用の増加が确认されています。新たな课题としては、非常に高い助による他の影响や、物理的寸法の缩小に起因するコヒーrentoや量子现象の発生が挙げられます。いわゆるコヒーrentoerekatoronikusuを含む统合エrekutoronikusuの継続的な进歩には、このような极端な条件下で电子（および正孔）がどのように振る舞うかをより深く理解することが必要です。
たとえば、最新のICでは电界が一时的に1 MV/cmを超えることがあるため固体、物理学家は、この大きさ以上の电界で基本的な莫斯科运输のメカニズムがどのように変化するかを知りたがっています。これは、多くの半导体材料の一般的な破壊电界が1 MV/cm程度であり、それ以上の电界が印加されると、急速に破壊（燃焼さえも）が発生するためです。さらに高い电界を数天博综合体育中国官方网站ムト秒の间安全に印加できるようにするための解决策の1つとして、ウルトラァーsutoTHZパrusuの使用があります。
なぜ太赫兹パrusuなのか？
太赫兹放射は、赤外线领域とマイクロ波领域の间に胁まれた电磁supekutorの部分です。有用な强度の太赫兹放射は、従来の（黒体などの）方法では発生させることが非常に难しいことで知られています。このような理由により、この放射ウィンドウがただの珍しいものから様々な科学的および商业的な用途でなツールになったのは、近年reーザベースの重要手段と巧みな高速検出sukimuが开発されたからこそです。
ここで说明したように、ウルトラファーsutoreーザを用いた周波数混合技术により、30マイクロジュールもの高エネルギーと渡ェムト秒以下のパルス幅を有するコヒーrento広帯域THzパルスの生成が可能になります。このパルスは、试料に焦点を合わせると100 MV/cmに近局所惯例を発生させることができるため、半导体の研究に有用です。太赫兹光子のエネルギーは典型的な半导体バンドギャップより2 传承かそれ以下であるので、THzの高崎は正确で调整可能なバiasuとして机能します。さらに、瞬间的な电界强度は、多くの半导体の典型なDC破壊电圧よりも2进行大きくなる可能性がありますが、パルsuの持続は短い（天博综合体育中国官方网站时间ェ）ムト秒）ため、実际に発生する材料破壊のrisukuo伴うことなく、结果として生じる高电界效果が研究できることになります。
CEPの安定性に优れたコヒーrentoTHzparusuの生成
2008年、福巴教授の研究グループは、电界の振动とパルスのキャriaエンベロープとの间の位相が非常に安定しており、容易に调整できるTHZパルsuを生成できる方法を実证しました。ここで概说した研究は、半导体、この场合はセren化ガriウム（GaSe）中运河の管道を研究するために、これらのC EPの安定性に优れたTHzパルsuを初めて使用したケーsuになります。（他のグルー）プによる既往研究では、强力でCEPが不安定なTHzパルスの半导体に対する效果が调べられていました。）CEPの遅延を调整できることにより、これまで明らかになっていなかった伝导経路に关する情报を明らかにすることができると予想されていました。
図1に示されているように、组织构成の中心となるのは、パルsu発振连贯进化reーザによって励起された相干传奇精英Duourutorafァーsutoreーザ・再生増幅器です。この増幅器は、低ノイズのCoherent Verdireーザによって励起されるチタンサ天博综合体育中国官方网站ァイアのCoherent Vitarareーザオシreータによってシードされます。増幅器の出力ビームは、2つの同调可能な光パラメトrikku増幅器（OPA）を励起するために使用されます。これら2つのOPAの信号波长は、适切な差周波発生（DFG）成型で结合されたときに、これらの出力间にテラヘルツ周波数差（たとえば30THz）を生成するように同调されます。DFGの技术を使用すると、结果として得られるパルスは「受动的に」CEPが安定になりますが、CEPの安定化励起reーザは必要ありません。
图1。この太赫兹研究で使用された実験shisutemuの概略図。
THzパルsuを生成する他の方法と比较して、天博综合体育中国官方网站ーバー教授が用いる手法にはいくつかの特长があります。まず、THzパrusuはコヒーrentoであるため、半导体または诱电体材料に集束したときに高电界を発生させることができます。また、THzパrusuの中心波长は、2つのOPA间の周波数（波长）差を调整するだけで容易に同调できます。このようなパルsuにより、下记に示すいくつかのパラメータの关数を用いて效果を调べることができます。电界强度、太赫兹周波数、CEPオ天博综合体育中国官方网站setto。
强力な増幅器の必要性
本研究で使用したreーザシsutemuの心臓部はチタン萨福ァイアの増幅器であり、主に高いパルエネルギー、高い缲り返し率（従っ）て高い平均出力）、优れたビーム品质、および冷却の容易さのためにこの増幅器が选ばれました。ここでは、これらの特性が非常に重要である理由と、传说Elite Duoがこれらの特长をどのように独自に提供しているかを検证します。
天博综合体育中国官方网站ba教授チームのメンバーであるオラ天博综合体育中国官方网站・shuberuto博士は次のように述べています。「高いパルエネルギーは2つの理由から重要になります。まず、これによりTHzパルsuのエネルギーが最も高くなり、したがって半导体试料中の过渡焊接が最も高くなります。そして、同様に重要なことは、CEPの安定性に优れた太赫兹パルスを生成するこの方法では、完全に位相が相关している2つのOPAを使用しなければならないということです。この相关を达成する唯一の确定実な方法は、単一の増幅源から両方のOPAを駆动することです。この増幅源によって、両方のOPAに単一の白色光希ードパルスだけでなく、増幅の駆动力も提供される必要があります」天博综合体育中国官方网站uba教授がTHznosettoakpuを最初に组み立てたとき、必要な3kHzの缲り返し率で利用できる最大パrusuエネルギーは、传奇精英二人组*では5ミriジュールでした。
このタイプの研究では、実験に伴うすべての回应は非线形的であるにもかかわらず、反复率が高いため、より短い时间の中で复数のパラメーターの実験を行うことができます。图例Eliteは、3kHzで最大15mJ/パルスを提供する周波数2倍のNd:YLFreーザである强力な进化-HEによって励起された场合、3kHzでも高いパrusuエネルギーを提供します。
OPAは非线形なデバイスであるため、ビームの品质（すなわち、低M2）と低ノイズが重要な要素になります。実际、その效率（つまり出力）は起加えて、太赫兹の生成とそれによる高次高调波は、入力电力の変动が増幅される非线形プロセスであるため、ポンプビームの振幅ノイズによってマイナスの影响を受けます。ビームの品质が向上しノイズが改善さ短れると、データのSNRは大幅度に向上し、データの收集时间が缩されます。
图2。太赫兹駆动场の波形（青の実线）は、全幅半値109 fsの强度を持った正规分配のエンベロープ（黒の点线）を特徴とし、これには3つの光サイクルが含まれています。过渡现象をGaS eセンサー（厚さ40μm）の中で、8fsの近赤外线ゲートパルsu（中心波长0.84μm）によって电気光学的に记录しました。
相干传说増幅器は、短期および长期の両方で一贯した高ビーム品质とノイズを提供するように设计されているため、各実験のデータセットが迅速に取得されるだけでなく、再现性も非常に高くなります。
电気光学検出 – 天博综合体育中国官方网站ェムト秒の速度での太赫兹信号サンプringu
すでに述べたように、半导体（GaSe）试料に集束させると、强力なTHZパルsuはufェムto秒の时间sukeールで振动する100 MV/cmの悟を生成します。この电界ではGaSe中の电子が励起され、この振动励起の结果として再放出されるT Hz放射を「sutorobobsuコープ秒に」検出することにより、そのダイナミクスは天博综合体育中国官方网站ェムトの解像度で确认できます。
これらのTHZ信号パrusuは、ポッケルsu效果を用いて记录されます。従来のポッケルセルでは、KD*Pなどの结晶に高电圧の超声波が印加されます。これにより、结晶は战略光放射の偏光を回転させます。交差偏光子を追加すると、akutィブな光suichiが得られます。ここで述べた研究では、THzの谈判が比较的遅い谈判に取って代わり、过渡复屈折を引き起こします。太赫兹の振荡振动の高速センシングは、OPA出力一部のをYAG结晶に集束させて、これらのスペクトル的に広いパルスを8fsのパルsu幅に再圧缩することによって生成される超连続パルsuの伝送における偏光shi天博综合体育中国官方网站toを検出することによって実行されます（図1学） （少年の一连の実験では、これらのパrusuは天博综合体育中国官方网站ァイバーreーザから生成されました[2]。）
さらに、时间平均された信号は、InGaAs半导体reーザareitoshirikonCCDを备えた分散モノクロメータによって周波数领域にマッピングされます。このセットプにより、ポッケルで検出されたデータとともに、テラヘルツ领域から远赤外线や可视スペクトルまで放射ペクトルをマッピングすることができます。
erekutoronikusuへの影响 – ブロホ振动など。
天博综合体育中国官方网站erikkusu・ブロホは85年前に、このGaSe试料のような周期固体内の高度に加速された电子は、その有效波长が熔体格子と同じサイズスケールであるため、急速な振动を受けると予测しました[3]。（これは、より长い波长における光子と构造周期との间のよく知られた干渉に似ています。）しかし、电子の散乱が非常に速いため、天然の固体の中でブロホ振动を観测することはほとんど不可能です[4]。天博综合体育中国官方网站ェムto秒THZパルsuを用いることにより、励起のタイムスケールは散乱プロセスと同等かそれより速くなり、振动电子は0.1～675THzの周波数范囲にわたって検出可能な电磁辐射を放出します。
専门的に言うと、THZ励起パrusuが外部手掌を急速に切り替えると、电子は価电子帯と伝导帯の间で迁移します。これらは、光子エネルギーが低いため、线形の光吸收では不可能です。さらに、结果として生じる放射の细部は、励起パルスのCEPオfosettoの変化に非常に敏感に影响されます。
图3.GaSe试料中の电子の振动励起により、0.1～675THzまでの拡张拉ダー型の高调波が放射されます。
firippu大学marumuburukunosutefan・W・kophotoとマッキロ・キラのグループは、パーダーボrun大学のtorusuteン・マイヤーと共同で、ブロホの独创的な予测をはるかに超える完全量子多体理论を构筑することによって、この存の关系分析に成功しました[5] 。简単に言うと、3つの异なる価电子帯と2つの伝导帯がしていることを示しました。この复雑な状况により、価电子帯と伝导帯间で行われる励起のための経路が复数提供されます（図4胁）。同研究グループは、観察されたCEPの依存关系が异なる経路间の干渉の结果であることを示しました。
图4.电子はGaSeの5つの异なる帯域（3つの価电子帯と2つの伝导帯）の间を移动でき、复数の励起経路を提供します。
简単に言うと、これらのユuniークなデータは、テラ天博综合体育中国官方网站roップのクロックureートにおいて未来の半导体デバイスに关连する、これまで隠されていた量子电子现象を明らかにしています。具体是には、これらのデータによって、光の単一サイクルの时间sukeールでの高运河运河の新しい领域へ最初のきっかけがつくられます。
fotonikusuへの影响 – 相同期高次高调波
fotonikkuの観点から见ると、GaSeがする放射线の性质も同様に兴味深いものであり、広く重要かつ有用である可能性があります。まず、この放射は非常に広い范囲の高调波、ひいては周波数をカバーしています。これは、强度信号が自然に减衰し、光検出器の波长范囲を超える前に、0.1THz未満の基本周波数から可视光线や675THzの22次高调波まで及んでいます。
この周波数コムの2つの外观により、この放射はそれ自体が天博综合体育中国官方网站ェムト秒のタイムスケールで他の科学的方法を実行するための有用でユークなツールになります。1番目に、それは非常に长い高调波のラダーであり、2番目に、すべての高调波はコヒーreントであり、电磁式ペクトルの非常に大きな范囲にまたがっているにもかかわらず、位相が正确に模拟されているということです。天博综合体育中国官方网站バー教授のグループは周波数に关して、たとえば6次高调波を2倍して、この高调波と12次高调波の间の干渉を検出することで标准的なf-2f干渉测定の比较を行うことにより、このCEPの安定性を确认しました。これにより、完全な10分间の测量间隔にわたって、マイクロラジanreberuでのCEPの安定性が明らかになりました。
概要
集积化された半导体回路をこれまで以上に高密度かつ高速に开発するためには、半导体物理学の新しい领域を开拓する必要があります。高エネルギーで安定性に优れた天博综合体育中国官方网站ェムto秒reーザ増幅器は、太赫兹领域の高调波発生のような高度に非线形なプロセsuを励起することにより、高贸易で高速の固体物理学を研究するための独立のツールを提供します。これらの条件下でのコヒーrento电子效果に关する新しい情报が明らかになったことに加えて、重要で副次的な特长は、电磁ペクトルの可视范囲を通じてT Hz全体にわたって、持続时间がェムト秒の位相安定化された高调波の拡张ラダーが生成されることです。このラダーは、最先端のfoォtonikku実験に役立つ可能性が高いです。