Woo, In-Sang;Nguyen, Truong Khang;Park, Ik-Mo;Lim, Han-Jo;Han, Hae-Wook;Chu, Hong
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.20
no.5
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pp.294-300
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2009
To improve the output power of a photomixer as a THz source, we propose a four-leaf clover-shaped antenna structure which is composed of a highly resonant radiation element and a stable DC feed element. The resonance characteristics of the proposed structure were investigated on a half-infinite substrate first as a simplified radiation environment in order to save the computation time. Based on the antenna characteristics on a half-infinite substrate, the antenna structure was designed to have a maximum total efficiency and a maximum directivity on an extended hemispherical lens. In comparison with a full-wavelength dipole, an input resistance of this structure increased six fold and this characteristic significantly improved the mismatch efficiency between a photomixer and an antenna. THz output power from this structure is expected to increase by 2.7 times as compared to a full-wavelength dipole case.
In this paper, a new type of Yagi-Uda antenna that operates in the terahertz frequencies is designed. The proposed Yagi-Uda antenna can obtain high input resistance of approximately $2000{\Omega}$ at the resonance frequency by using a full-wavelength dipole instead of a half-wavelength dipole as the driver element. The current leakage into the bias line was minimized by applying the photonic bandgap structure to the bias line. By designing the antenna on a thin substrate, the impedance lowering of an antenna caused by the relative dielectric constant of the substrate was prevented and the end-fire radiation pattern which is the original radiation characteristic of the Yagi-Uda antenna could be obtained. We expect that the proposed Yagi-Uda antenna can achieve increased terahertz output power by improving the impedance mismatching problem with the photomixer.
Photoconductive three-wire folded dipole antennas for terahertz photomixers have been developed. The folded antennas are characterized by a free space time-domain measurement technique, and the measured data are in good agreement with the simulation results. The folded dipole antennas have much higher antenna resistance than other resonant dipole antennas, implying that they can be used for higher output power of THz photomixers.
In this letter, we present low-temperature grown GaAs (LTG-GaAs)-based photoconductive antennas for the generation and detection of terahertz (THz) waves. The growth of LTG-GaAs and the annealing temperatures are systematically discussed based on the material characteristics and the properties of THz emission and detection. The optimum annealing temperature depends on the growth temperature, which turns out to be $540^{\circ}C$ to $580^{\circ}C$ for the initial excess arsenic density of $2{\times}10^{19}/cm^3$ to $8{\times}10^{19}/cm^3$.
In this paper, a THz Yagi-Uda antenna with high input impedance is designed. By placing the antenna on a thin substrate, end-fire radiation patterns with high antenna impedance can be obtained even when the substrate has high relative dielectric constant. The proposed Yagi-Uda antenna has high input resistance of approximately $4,400{\Omega}$ at the resonance frequency which is obtained by using a U-shaped dipole as a driver element. It is expected that the Yagi-Uda antenna on a thin substrate can achieve much higher terahertz output power than the conventional THz antennas.
We designed and fabricated a semiconductor optical amplifier-integrated dual-mode laser (SOA-DML) as a compact and widely tunable continuous-wave terahertz (CW THz) beat source, and a pin-photodiode (pin-PD) integrated with a log-periodic planar antenna as a CW THz emitter. The SOA-DML chip consists of two distributed feedback lasers, a phase section for a tunable beat source, an amplifier, and a tapered spot-size converter for high output power and fiber-coupling efficiency. The SOA-DML module exhibits an output power of more than 15 dBm and clear four-wave mixing throughout the entire tuning range. Using integrated micro-heaters, we were able to tune the optical beat frequency from 380 GHz to 1,120 GHz. In addition, the effect of benzocyclobutene polymer in the antenna design of a pin-PD was considered. Furthermore, a dual active photodiode (PD) for high output power was designed, resulting in a 1.7-fold increase in efficiency compared with a single active PD at 220 GHz. Finally, herein we successfully show the feasibility of the CW THz system by demonstrating THz frequency-domain spectroscopy of an ${\alpha}$-lactose pellet using the modularized SOA-DML and a PD emitter.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.21
no.6
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pp.617-626
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2010
In this paper, we have proposed and experimentally performed a polarization and phase control method of an optical signal which has same wavelength with the optical carrier to improve phase characteristics of a continuous wave(CW) generated by the double sideband-suppressed carrier(DSB-SC) as one of the famous photomixing technique for making sub-millimeter and terahertz waves. A polarization and phase controlled optical signal has been coupled with the general DSB-SC on an optical coupler. The output of the optical coupler is then photomixed by a photomixer. From our analysis and measurement results, we have found that the amplitude of the generated sub-mm and terahertz CW signal is higher 1.5 dB and the phase noise is lower about 3 dB@10 kHz offset frequency than the general DSBSC. Consequently, since our proposed method has improved the amplitude and phase noise of CW signals in the sub-mm and terahertz bands, it can be helpful results to make low cost CW generator in sub-millimeter and subterahertz bands.
Park, Dong-U;Han, Im-Sik;No, Sam-Gyu;Ji, Yeong-Bin;O, Seung-Jae;Seo, Jin-Seok;Jeon, Tae-In;Kim, Jin-Su;Kim, Jong-Su
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2013.08a
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pp.205-205
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2013
테라헤르쯔(terahertz: THz)파는 0.1~10 THz 의 범위로 적외선과 방송파 사이에 광대역 주파수 스펙트럼을 차지하고 있으며 직진성, 투과성, 그리고 낮은 에너지 (meV)를 가지고 있어 비 파괴적이고 무해한 장점을 지니고 있다. Ti:sapphire laser와 같은 femto-pulse source 등이 많은 발전이 되어 현재 많은 연구와 발전이 이루어지고 있다. femto-pulse source를 이용한 THz 응용에서는 높은 저항, 큰 전자 이동도, 그리고 아주 짧은 전하수명의 기판을 요구하는데 저온에서 성장한 (low-temperature grown : LT) GaAs는 격자 내에 Gallium 자리에 Arsenic이 치환 하면서 AsGa antisite가 발생하여 전하수명을 짧아지는 것을 응용하여 가장 많이 이용되고 있다. 현재 THz 응용분야에서 보다 작고 가격경쟁력이 있는 광통신을 이용한 THz photomixer등이 활발히 연구 하고 있다. 광섬유 내에서 손실과 분산이 최소값을 가지는 부분이 1.55 ${\mu}m$ 부근이고 In0.53Ga0.47As 기판을 이용하였을 때 여기에 완벽하게 만족하게 된다. 하지만 LT-InGaAs 의 경우 AsGa antisite로 인하여 carrier lifetime은 짧아지지만 높은 n-type 전하밀도를 가지게 된다. 이때 Be을 doping하여 전하밀도를 보상하여 높은 저항을 유지해야 하는데 Be의 활성화를 위해서는 열처리를 필요로 한다. 하지만 열처리를 하면 carrier lifetime이 길어지기 때문에 carrier lifetime과 저항을 적절히 조율해야 한다. 이는 물질자체의 특성이기 때문에 InGaAs는 GaAs보다 낮은 amplitude와 짧은 cut-off frequency를 가진다. 본 연구에서는 보다 높은 저항을 얻기 위하여 molecular beam epitaxy를 이용하여 semi-insulating InP:Fe 기판위에 격자 정합된 InGaAs:Be/InAlAs multi quantum well (MQW)를 온도별 ($250{\sim}400^{\circ}C$), 주기별 (50~150)로 성장을 하였고 이때 InGaAs layer의 Be doping level은 $2{\times}1018\;cm^{-3}$, Ex-situ annealing은 $550^{\circ}C$에서 10분으로 고정 하였다. THz 발생 실험에서는 InGaAs/InAlAs MQW은 4000 pA로 1,000 pA를 가지는 InGaAs epilayer보다 4배 높은 전류 신호를 얻을 수 있었고 모든 샘플이 2 THz에서 cut-off frequency를 가지고 있었다. THz 검출 실험에서는 LT-InGaAs:Be epilayer LT-InGaAs:Be/InAlAs, HT-InGaAs/InAlAs 샘플이 각각 180, 9000, 12000 pA의 전류신호를 가지고 있었고 모든 샘플이 2 THz에서 cut-off frequency를 가지고 있었다. HT-InGaAs/InAlAs MQW를 이용한 검출실험에서는 InGaAs layer가 defect free이지만 LT-InGaAs:Be/ InAlAs MQW 보다 높은 전류 신호를 얻을 수 있었다. 이는 InAlAs layer가 저항만 높이는 것뿐만 아니라 carrier trapping layer로써의 역할도 하는 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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