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Pikosekunden-Spannungsimpulse

Die Charakterisierung und Kalibrierung elektronischer Geräte mit immer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten erfordern ultrakurze Triggerimpulse mit einer Dauer von wenigen Pikosekunden. In der PTB können jetzt 1,4 ps breite Spannungsimpulse mit Halbleiterschaltern unter Verwendung von Laserimpulsen eines Femtosekundenlasers erzeugt werden.

Elektronische Schaltung mit photoleitendem Schalter im Zentrum. Zur Erzeugung der Pikosekunden-Spannungsimpulse werden 100 fs kurze Laserimpulse auf den Schalter fokussiert.

Die Pikosekunden-Spannungsimpulse werden in Mikrostrukturen erzeugt, die lithographisch aus Halbleiterfilmen gefertigt werden. Diese photoleitenden Schalter besitzen eine 10µm breite halbleitende Unterbrechung einer Leiterbahn, über die eine Spannung angelegt wird. Bei Beleuchtung der halbleitenden Unterbrechung mit 100fs kurzen Laserimpulsen werden freie Ladungsträger erzeugt und ein elektrischer Strom beginnt zu fließen. Die Verwendung von Halbleitermaterialien mit Ladungsträgerlebensdauern von wenigen Pikosekunden stellt sicher, dass der Strom rasch wieder abklingt und dadurch ultrakurze Spannungsimpulse entstehen. Die Zeitstruktur der Spannungsimpulse wird mit Abtasttechniken bestimmt, die ebenfalls 100 fs kurze Laserimpulse verwenden.

Zur Zeit können Spannungsimpulse mit einer vollen Halbwertsbreite von 1,4ps und einer Anstiegszeit von 1,0ps erzeugt werden. Als erste Anwendung werden die Pikosekunden-Spannungsimpulse zur Kalibrierung der Zeitauflösung von 50-GHz-Speicheroszilloskopen benutzt, die zur Charakterisierung von Hochgeschwindigkeitselektronik zunehmend wichtig werden.

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