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Untersuchung breitbandiger THz-Komponenten: Schottkydetektoren und photokonduktive Elemente

Schönherr, Daniel :
Untersuchung breitbandiger THz-Komponenten: Schottkydetektoren und photokonduktive Elemente.
TU Darmstadt, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2012)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchung breitbandiger THz-Komponenten: Schottkydetektoren und photokonduktive Elemente
Language: German
Abstract:

Der Terahertz (THz)-Bereich des elektromagnetischen Spektrums bietet aufgrund der besonderen Interaktion zwischen THz-Strahlung und vielen Materialien eine Reihe von interessanten Applikationsmöglichkeiten. Für einen breiten Einsatz fehlen jedoch nach wie vor kosteneffektive und kompakte Komponenten und Systeme. An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an.

Der erste Teil der Arbeit behandelt die direkte Detektion von THz-Strahlung mittels antennengekoppelten Schottkydioden. Diese bieten im Gegensatz zu anderen Detektoren auch bei Raumtemperatur eine hohe Empfindlichkeit, wodurch eine kryogene Kühlung vermieden wird. Gegenstand der Untersuchung sind InGaAs-basierte Schottkydioden, die zur Rauschminimierung für einen vorspannungsfreien Betrieb optimiert werden können. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass diese Dioden hinsichtlich ihrer Nichtlinearität und ihrer Impedanz für die Detektion von sehr kleinen Wechselfeldern geeignet sind. Daneben werden am Beispiel eines antennengekoppelten Schottkydetektors messtechnische und theoretische Verfahren vorgestellt, um die Hochfrequenzeigenschaften direkter Detektoren zu bestimmen. Dies beinhaltet neben den Fernfeldeigenschaften die absolute Responsivität sowie den Frequenzbereich der Detektion.

Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf kontinuierlichen photokonduktiven Systemen, welche aufgrund ihrer hohen Bandbreite bei gleichzeitig hoher Frequenzauflösung ideal für spektroskopische Anwendungen sind. Es erfolgt eine Betrachtung von Emitter- und Detektorkonzepten für 1,5um optische Wellenlänge; dabei wird sowohl die THz-Erzeugung mit einem pin-Dioden basierten Emitter als auch die homodyne Detektion mittels des Schottkykontaktes sowie des elektro-optischen Pockels-Effektes demonstriert. Daneben ist die Verbesserung der Messverfahren sowie die Integration photokonduktiver Komponenten Bestandteil der Untersuchungen.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The interaction between electromagnetic radiation in the terahertz (THz) frequency domain and most materials has unique properties which are interesting for a number of applications. The objective of this thesis is the investigation of broadband THz components which are suitable for compact and cost effective THz systems. The first part of this work covers the development of direct THz detectors using antenna coupled Schottky diodes. It is demonstrated that InGaAs based Schottky diodes can be optimized for zero bias operation to reduce the noise level significantly. The nonlinear characteristics and the detection properties of the diodes are analyzed. On this basis different measurement techniques and theoretical methods for the assessment of antenna coupled THz detectors are presented. This includes the evaluation of the farfield properties, the absolute responsivity and the frequency range of the detector. Main topic of the second part of this work is the development of photoconductive continuous-wave THz systems. These systems are ideal for spectroscopic applications because of their large bandwidth and high frequency resolution. New concepts for THz components at 1.5um optical wavelength are examined: The generation of THz radiation by pin-photodiodes as well as the homodyne detection using Schottky diodes and the electro-optic Pockels effect. Furthermore optimized methods for the measurement process and the integration of photoconductive components are presented.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Höchstfrequenzelektronik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Microwave Engineering
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Mikrowellenelektronik
Date Deposited: 11 Sep 2012 08:27
Last Modified: 07 Dec 2012 12:05
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-31004
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Hartnagel, Prof. Dr. Hans Ludwig and Jakoby, Prof. Dr.- Rolf
Refereed: 19 September 2011
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3100
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