Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Für die Charakterisierung von Höchstfrequenzkomponenten ist es wünschenswert, ultrakurze Strompulse zu erzeugen, deren zeitliche Form man beliebig variieren kann. Bisherige Methoden zur Generation von wenigen 100 fs langen Strompulsen basieren auf einer Mischung von elektronischen und optischen Verfahren und lassen diese Möglichkeit nicht zu. In der Arbeitsgruppe Terahertz-Optik werden Verfahren untersucht, mit denen es möglich ist, ultrakurze Strompulse mit rein optischen Methoden zu erzeugen. Mit diesem Verfahren ist eine Variation der Form dieser Strompulse prinzipiell möglich.

Zur Erzeugung der rein optisch generierten Ströme wurden spezielle Halbleiternanostrukturen in der PTB hergestellt und unter Beachtung bestimmter Symmetriebedingungen mit kurzen optischen Pulsen angeregt. Durch Ausnutzung nichtlinearer optischer Prozesse entsteht dabei ein Stromfluss im Halbleiter. Hierbei werden die Ladungsträger - anders als bei einem normalen Stromfluss - nicht in einem vorhandenen elektrischen Feld beschleunigt.

Nachgewiesen werden die Ströme über die gleichzeitig auftretende elektromagnetische Strahlung: Die Ströme erzeugen eine Polarisationsänderung, die als Quelle für in den freien Raum abgestrahlte elektromagnetische Wellen wirkt. Durch den kurzen optischen Anregungspuls sind die Strompulse und damit auch die abgestrahlten elektromagnetischen Pulse nur wenigen 100 fs lang. Solche kurzen Pulse beinhalten Frequenzkomponenten von mehreren Terahertz, weshalb standardmäßig von THz-Pulsen gesprochen wird. Mittels elektro-optischer Methoden werden die in den freien Raum abgestrahlten THz-Pulse messtechnisch charakterisiert.