Simulation of photoconductive antennas for terahertz radiation

Simulación de antenas fotoconductoras para radiación terahertz

La emisión de Terahertz (THz) empleando antenas fotoconductoras representa un reto de simulación en la integración de los fenómenos de transporte en semiconductores, de óptica y de transporte de energía por radiación THz. En el presente artículo se propone una simulación Multi-Física para integrar estos fenómenos utilizando COMSOL Multiphysics 4.3b. Los principales parámetros de las antenas fotoconductoras empleadas como emisores de THz son estudiados. Los resultados de la simulación demuestran cómo estos parámetros inciden en la fotocorriente generada y en la frecuencia de radiación THz: la abertura fotoconductora (la separación de los electrodos metálicos de la antena), la potencia promedio del láser incidente y el voltaje de polarización, determinan la forma de onda de la fotocorriente generada; mientras que la longitud del dipolo determina la frecuencia de radiación. La emisión de las antenas fotoconductoras puede mejorarse optimizando estos parámetros. Esta simulación es útil para el diseño e implementación de antenas fotoconductoras como emisores de THz de diseño compacto y bajo costo.

Introducción

La respuesta de los materiales a la radiación de terahercios (THz) ha abierto un gran abanico de aplicaciones industriales (Tonouchi, 2007). La radiación THz se sitúa entre el espectro electromagnético de los infrarrojos y las microondas (Lee, 2009). En este rango de frecuencias, la radiación puede describirse en el infrarrojo con características de partícula y en el microondas con características de onda. Las aplicaciones de los THz exploran las propiedades únicas de la interacción radiación-materia de los THz: El agua es muy absorbente, los metales son muy reflectantes y no polares y los materiales no metálicos como el papel, los plásticos, la madera y los textiles son transparentes a las frecuencias de THz. Estas propiedades han impulsado las posibles aplicaciones industriales de una radiación que es no ionizante, no destructiva y no invasiva: espectroscopia de líquidos sensibles (Mickan, Shvartsman, Munch, Zhang y Abbott, 2004) espectroscopia ultrarrápida en el dominio del tiempo (Tang et al., 2014), detectores de explosivos para la teledetección (Federici et al., 2005) y bioimágenes con resolución nanométrica (150 nm) (Chen, Kersting y Cho, 2003).