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太赫茲探針

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廣州安特激光技術有限公司

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產品簡介

產品介紹：ProtemicsGmbH是德國研究型公司AMOGmbH和德國亞琛大學半導體電子研究所合資創辦的子公司，在太赫茲領域有著二十多年的研究背景

詳細介紹

產品介紹：

Protemics GmbH是德國研究型公司AMO GmbH和德國亞琛大學半導體電子研究所合資創辦的子公司，在太赫茲領域有著二十多年的研究背景。Protemics擁有一支集太赫茲技術、半導體加工、光電系統、軟件設計、應用工程和業務開發等領域的跨學科技術團隊。

典型的太赫茲時域測量系統用于近場透射式測量框圖

系統打破了標準太赫茲成像系統的分辨率極限，打開了基于太赫茲的微納結構直接檢測分析的途徑。

一，微探針進場掃描系統（TeraCube Scientific）

TeraCube Scientific是一款全自動化的太赫茲近場掃描系統，用于光學實驗室。系統能夠被實驗室現有的合適參數性能的飛秒激光源或著擴展的新的激光源驅動。系統能夠實現樣品表面可控距離范圍內太赫茲場分布時域測量。系統提供寬帶太赫茲脈沖激勵和傳輸通過平面樣品以及時空上解決檢測脈沖傳播的表面近場使用Protemics專有TeraSpike近場探針。

主要特點：

*高速數據采集適應連續運動掃描，通過同步運動控制和實時位置探測；

*光學樣品表面探測用于在微結構化或彎曲樣品的恒定微探針/表面距離自適應太赫茲表面掃描；

*線極化及可旋轉太赫茲發射器用于偏振依賴的測量；

*高性能太赫茲發射器/探測器組件加上高動態范圍鎖相探測確保了出色的信號質量；

*集成CCD相機模塊用于監控微探針的末端及樣品的位置；

*系統控制、自動測量軟件及簡單可操作圖形用戶截面軟件的預組裝的PC電腦；

*軟件實施校準監控功能及系統正常運行檢測電子系統；

*軟件輔助微探針末端樣品表面近似；

*時域信號預覽模式光學校準對齊；

*數據可導出為純文本或者適應MATLAB的格式；

*系統室防激光和防塵設計；

*開放可擴展實驗系統平臺。

技術性能指標：

產品型號 TeraCube Scientific

光譜范圍 0.05-4THz

樣品尺寸（x,y,z） 20cm,20cm,1cm

掃描速度（x,y）（空載） 750mm/s

掃描時間/幀 10ms

掃描范圍 18cm,18cm,3cm

時域掃描范圍寬度 1000ps

時域步進分辨率（dt） 6.6fs

最小雙向可重復性（x,y,z） +-0.1μm, +-0.1μm, +-0.15μm

最小步進分辨率（dx,dy,dz） 3nm, 3nm,2nm

匹配飛秒激光器要求：

中心波長：770 nm~820 nm；
重頻： 10 MHz~1 GHz；
平均功率： 60 mW~1.5 W；
脈寬： < 150 fs.

二、TeraSpike 微探針系列

光導近場測試器件：

TeraSpike微探針系列是新一代高性能用于電子領域太赫茲頻段的光導探測的微探針。近表面電太赫茲領域現在能夠使用具有的高質量信號源和低探測侵入性。

太赫茲微探針能夠無縫接入860nm波長光學激勵系統，并且是目前性價比方案實現將現有時域泵浦或探針系統轉換成高功率太赫茲近場探測系統用于高分辨率成像。

系統主要特點：

*市面上最小的主動太赫茲探針；

*設計；

*空間分辨率高達3μm；

*頻譜范圍：0-4THz；

*適用于所有激光激勵太赫茲系統（λ＜860nm）；

*安裝匹配標準光機器件；

*典型光學激勵功率1-5mW（1-5μJ/cm²）；

*集成電壓過載保護電路。

標準型號：

以下為標準型號，用于脈沖激光激勵。

·TD-800-X-HR/HRS/HS

·TD-800-Z-A500G

電氣連接通過一個緊湊的同軸SMP插頭實現，推薦使用低噪聲電流放大器，放大倍數10⁷-10⁸V/A（例如，DLPCA200）以及優質的連接電纜（例如，我們的TS電纜）來實現的性能。

TeraSpike TD-800-X

微探針旋臂結構設計：

X系列微探針對電矢量場分布敏感，確定傳輸方向指向探針被定義為X軸方向（如上插圖）。型號TD-800-X-HR實現高空間分辨率。型號TD-800-X-HRS擁有對f=1.5THz-1.3THz顯著的高靈敏度，并且擁有20μm的空間分辨率。

技術參數：

型號	-HR	-HRS
空間分辨率	3μm	20μm
光開關間隙尺寸	1.5μm	2μm
暗電流@1V偏壓	＜0.5nA	＜0.5nA
光電流@1V偏壓	＞1μA	＞0.6μA
激勵波長	700~860nm
平均激勵功率	0.1~4mW
連接型號	SMP

注：每個探針均單獨進行了測試，并且提供操作說明和測試證書。

TeraSpike TD-800-Z

微探針旋臂結構設計：

技術參數：

型號	N	A-500G
空間分辨率	8μm	8μm
光開關間隙尺寸	2μm	5μm
暗電流@1V偏壓	＜0.4nA	＜0.4nA
光電流@1V偏壓	＞0.1μA	＞0.5μA
激勵波長	700~860nm
平均激勵功率	0.1~4mW
連接型號	SMP

Z系列微探針對太赫茲場分量敏感，確定縱向到探針被定義為Z軸方向（如上插圖）。N選項不含共振天線單元能夠提供相當高的帶寬。A-500G選項含天線單元適用于增強0.5THz左右頻段的靈敏度。

TeraSpike TD-800-TR.5

新型號TR.5擁有一對排列緊密的光導太赫茲天線，這樣的設計為在反射測量模式下近場測量實現高分辨率提供了新的解決方法。其中一個天線作為脈沖輻射源，另一個天線作為探測器。小巧的收發器探針采用了Protemics專有的限制探針內部信號反射的“陷波"設計，以及XR型的靈活PET懸臂設計來實現機械強度可靠性。相比于標準采用遠場發射/接收模塊的反射模式測量方法，新型近場收發探針提供了亞波長分辨率以及最短的傳輸路徑。

微探針天線設計：

技術參數：

型號		-TR.5
暗電流@1V偏壓		＜1.5nA
光電流@1V偏壓		＞0.5μA
激勵波長	700~860nm
平均激勵功率	0.1~4mW
連接型號	2×SMP

TeraSpike TD-1550-Y-BF

微探針旋臂結構設計：

型號TD-1550-Y-BF太赫茲探針是一款基于正在申請的設計（編號：10 2013020 216.7）對平面波導、金屬表面或負折射介質材料的無偏壓近表面激發太赫茲脈沖的微探針發射器。

應用舉例：

配置：太赫茲產生于薄膜微帶利用無偏壓TeraSpike發射微探針。對于芯片上無接觸太赫茲探測另一個TeraSpike可使用TD-800-X或Z系列探針。

太赫茲發射方案：太赫茲脈沖的產生基于InGaAs微懸臂表面光學激勵。將激發的探針置于傳導結構或者表面提供有效電容耦合和脈沖傳輸。

技術參數：

型號	TD-1550-Y-BF
激發波長	700~1600nm
平均激發功率	0.1~4mW
發射帶寬（90fs脈沖激勵）	＞2.5THz

TeraSpike入門套件：

套件包括以下器件：

·TeraSpike微探針（X- 或Z-系列）；

·TeraSpike幽靈（虛擬器件）；

·TS連接線纜（SMP to SMA）；

·SMA/BNC適配器；

·固定器件.

擁有該定向固定TeraSpike微探針套件可以根據應用的需求自由選擇搭配使用。套件包中虛擬器件-TeraSpike 幽靈，推薦使用在所有的機械搭建和建筑工作中，因為不可控機械影響在此過程中可以被簡單的避免。

TeraSpikeXR-option

標準化的TeraSpike探針設計均確保了高分辨率和較低的場入侵損傷以及高靈敏度。這些均得益于獨立的半導體基懸臂微探針含有有源場傳感單元。標準化設計的機械強度能夠適應長時間應用在很好的控制的情況及自動化系統中，例如TeraCube Scientific允許突出的樣品接觸。

對于較苛刻的應用環境或者樣品距離很難控制的情況下，新型的XR-設計是一個相當不錯的選擇。該設計在略有降低空間分辨率和靈敏度的情況下深度提升了機械強度。

橫截面Standard和XR-設計對比：

Standard和XR-時域和頻域相應對比：

XR-選項是目前可用于以下X-和Z-場靈敏TeraSpike探針：

TeraSpike TD-800-X-HR-WT-XR
TeraSpike TD-800-Z-WT-XR

TeraSpikeWT-option

TeraSpike近場探針被應用于不同的激發條件下。在一些配置下可能會產生THz多模，并且能夠沿著探針頭電極內部傳播。目前，這些模式通過對反射信號時域瞬態記錄所觀測到。

探針頭設計:

WT-選項目前可用于以下X-和Z-場靈敏TeraSpike探針：

·TeraSpikeTD-800-X-HR-WT

·TeraSpikeTD-800-Z-WT

·TeraSpikeTD-800-X-HR-WT-XR

·TeraSpikeTD-800-Z-WT-XR

三、GigaSpike 電場探針系列

基于硝基二極管主動3D近場探測

GigaSpike場探針系列擁有低入侵損傷微米天線結構集成到零偏壓肖基特二極管上，用于3D場幅度分布主動測量。GigaSpike系列探針均提供從25GHz~330GHz的頻率范圍。得益于極低的入侵損傷，該系列微探針可以允許實時近距離測試器件并且只有極少的探測場后向散射和寄生耦合效應。GigaSpike探針是用于對毫米波發射器遠場或近場3D矢量場幅度或功率密度測量非常理想的探測器件，例如5G千兆網天線陣列。它們同時可以被應用于光導太赫茲發射器輻射輪廓的測量。

標準型號	頻譜范圍
GS-28-XYZ	25~32GHz
GS-60-XYZ	56~70GHz
GS-285-X	250~330GHz

GigaSpike GS-60-XYZ

探針響應曲線：直流電壓輸出對高頻電場強度

技術參數：

GigaSpike GS-60-XYZ	范圍
頻率	56~70GHz
功率密度	0.005~200μW/mm²
直流輸出電壓	0.1mV~1100mV
響應率	5500~20000Vmm²/W

四、太赫茲發射器-TeraBlast

TeraBlast- Bias-free Large-area Emitters

TeraBlast系列零偏壓太赫茲發射器是由光學泵浦產生的太赫茲源，能夠同相當寬的范圍的飛秒激光源一起使用（例如，低功率振蕩器或放大激光器，波長范圍700~1600nm）。它們能夠理想的被應用于近場成像應用，包括TeraSpike微探針操作。TeraBlast同時也是能夠應用于遠場光譜及其它太赫茲應用的強大的發射器。

TeraBlast發射器基于正在申請中的設計（德國應用型：DEA1）。該發射器提供一個大的有效面積能夠被平均功率5mW至1W較大范圍的飛秒激光脈沖激活，并且不會產生已知小尺寸光導天線中典型的飽和換能效應及器件失效的情況。此外，TeraBlast發射器是應用于太赫茲脈沖產生需要發生在極靠近的光導探測（例如，近場探測或對接耦合波導激發）。通常在這種情況下，偏置電壓發射器是不可用的，因為光電流調制會產生強寄生耦合效應，而TeraBlast可以有效避免此效應。

主要優勢：

·高轉換效率，得益于納米尺度雙金屬結構設計；

·高發射功率，通過無飽和大有效面積；

·TeraSpike微探針操作推薦太赫茲源；

·的極簡化操作；

·幾乎無對準/聚焦要求；

·極其穩固確保無偏差；

·局部瑕疵不會引起設備故障；

·無暗電流；

·在鎖入探測方法中無膠版印刷寄生信號.

輻射特性及工作原理：

太赫茲脈沖發射通過近紅外或紅外飛秒脈沖光學激勵TeraBlast發射器產生。推薦脈沖寬度＜150fs。發射太赫茲輻射是線極化的。下圖是用TeraSpike微探針（型號：TD-800-X-HRS）線掃描穿過TeraBlast發射器中心獲取的時域典型太赫茲發射場。明亮的快速震蕩太赫茲頻率器件均被限制在只有幾個毫米尺寸的孔徑范圍內，然而GHz輻射能夠發射大得多的范圍。發射圖可以很容易的被適應通過調整激勵光束的聚焦。

發射方案：太赫茲發射過程基于肖基特場，多重非對稱金屬/半導體結中的感應橫向感應電流（j_ph）.

測量舉例（TeraBlast TD-1550-L-165）：遠場傳輸通過N₂凈化的自由空間通過量子激光（“taccor"）飛秒激光器和基于ASOPS的時域光譜儀在一個400μm厚GaP晶體的電光探測進行測量。

尺寸參數：

技術參數：

型號	TeraBlast TD-1550-L-165
激發波長范圍	700~1600nm
典型平均激發功率范圍	5mW~1000mW
平均太赫茲發射功率	＞2.5μW^（a）
有效面積直徑	Ca.11mm^（b）
適配器尺寸（外部直徑）	1/2 inch

選項：

增透膜（-AR）

對于沒有法布里-珀羅特征的發射譜，發射器背面的太赫茲脈沖反射可以通過這種寬帶增透膜被抑制。但是需要注意的是，應用增透膜后發射場脈沖振幅也被減弱了大概30%。

高通濾波器（-HPF）

為了允許在近距離接近TeraBlast發射器測量太赫茲場而沒有低-GHz范圍輻射的主要貢獻，發射器可以在輸出端面裝配一個集成化的高通濾波器。

五、子系統

TeraSpike微探針與現有光電設備的集成通過使用標準化光學安裝組件和具有進一步基本功能的以下子系統進行簡化。

子系統D-B1-TR

D-B1-TR子系統的核心是一個裝有預先對準的光機械組件的迷你板模塊，用于系統集成TeraSpike微探針收發器系列（TR）。

功能：

·微探針定位

·手動光束對微探針聚焦（用于兩束光）

·手動光束對微探針對準（用于兩束光）

·手動微探針高度調整

子系統 D-B1

D-B1子系統的核心是一個裝有預先對準的光機械組件的迷你板模塊，用于系統集成TeraSpike微探針。

功能：

·微探針固定

·手動光束對微探針聚焦

·手動光束對微探針對準

·手動微探針高度調整

子系統D-B2

子系統D-B2是保持核心模塊D-B1和光束引導部件的垂直面包板平臺。它為額外的部件提供了足夠的空間，例如用于探針頭監測的CCD相機或用于采樣或傾斜樣品表面采樣的距離傳感器。

內容包括：

·含定制高度子系統D-B1的母板

·裝配支架

·2個對準光闌

·2個傾斜鏡

·可擴展組件，如CCD相機和距離傳感器

可選擴展項：

·Sub-D-B2-CAM：具有可變照明的集成CCD顯微鏡相機系統，用于監測探針頭到樣品表面近似和樣品定位。

CCD相機圖像的TeraSpike微探針在樣品上的微結構示例

六、配件

·TeraSpike Defender

TeraSpike Defender是一個可選的外殼，可以保護探頭的敏感免受機械沖擊。的曝光可以從-1mm到+ 1mm手動調節。在負曝光范圍內，TeraSpike Defender外殼可以防止探針與平坦表面的直接接觸。由于垂直設置的開口，光學激發以及區域的視覺監控不會受到保護結構的損害。 TeraSpike Defender可應用于任何現有或新的TeraSpike探頭。

·SHG-Unit

Protemics的新型SHG單元是一種易于操作和非常有效的解決方案用于將經濟高效的飛秒光纖激光器的IR光轉換為NIR光，以實現對基于LT-GaAs的TeraSpike微探針和TeraBlast發射器的高效激發。

主要優點：

·推薦用于具有IR飛秒激光器的TeraSpike微探針操作

·高功率轉換效率

·被動和牢固的設計

·預熱時間短（10-15分鐘）

·可配置自由空間（-FS）或光纖耦合輸入光束（-FC）

·易于集成和使用

原理圖：

技術參數：

型號	SHG-Unit TD-1550-NLO (-FS/-FC)
輸入波長范圍	1500~1600nm
典型平均輸入功率范圍	30mW~200mW
典型功率轉換效率^（a）	10~50%^（a）
最小孔徑直徑	Ca.10mm
尺寸（l×d）	120mm×45mm