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2020-03-14
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太赫兹探针
品牌厂家: Protemics GmbH
联系方式: 18802073350
产品经理: 马经理
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产品介绍:

       Protemics GmbH是德国研究型公司AMO GmbH和德国亚琛大学半导体电子研究所合资创办的子公司,在太赫兹领域有着二十多年的研究背景。Protemics拥有一支集太赫兹技术、半导体加工、光电系统、软件设计、应用工程和业务开发等领域的跨学科技术团队。

典型的太赫兹时域测量系统用于近场透射式测量框图

系统打破了标准太赫兹成像系统的分辨率极限,打开了基于太赫兹的微纳结构直接检测分析的途径。

一,微探针进场扫描系统(TeraCube Scientific)

TeraCube Scientific是一款全自动化的太赫兹近场扫描系统,用于光学实验室。系统能够被实验室现有的合适参数性能的飞秒激光源或着扩展的新的激光源驱动。系统能够实现样品表面可控距离范围内太赫兹场分布时域测量。系统提供宽带太赫兹脉冲激励和传输通过平面样品以及时空上解决检测脉冲传播的表面近场使用Protemics专有TeraSpike近场探针。

主要特点

*高速数据采集适应连续运动扫描,通过同步运动控制和实时位置探测;

*光学样品表面探测用于在微结构化或弯曲样品的恒定微探针/表面距离自适应太赫兹表面扫描;

*线极化及可旋转太赫兹发射器用于偏振依赖的测量;

*高性能太赫兹发射器/探测器组件加上高动态范围锁相探测确保了出色的信号质量;

*集成CCD相机模块用于监控微探针的末端及样品的位置;

*系统控制、自动测量软件及简单可操作图形用户截面软件的预组装的PC电脑;

*软件实施校准监控功能及系统正常运行检测电子系统;

*软件辅助微探针末端样品表面近似;

*时域信号预览模式光学校准对齐;

*数据可导出为纯文本或者适应MATLAB的格式;

*系统室防激光和防尘设计;

*开放可扩展实验系统平台。

技术性能指标

产品型号                                      TeraCube Scientific

光谱范围                                          0.05-4THz             

最大样品尺寸(x,y,z)                            20cm,20cm,1cm             

最大扫描速度(x,y)(空载)                        750mm/s

最快扫描时间/帧                                    10ms

最大扫描范围                                  18cm,18cm,3cm

时域扫描范围宽度                                  1000ps

时域步进分辨率(dt)                                6.6fs

最小双向可重复性(x,y,z)                   +-0.1μm,   +-0.1μm, +-0.15μm

最小步进分辨率(dx,dy,dz)                       3nm, 3nm,2nm

匹配飞秒激光器要求:

中心波长:770 nm~820 nm;
重频: 10 MHz~1 GHz;
平均功率: 60 mW~1.5 W;
脉宽: < 150 fs.

二、TeraSpike 微探针系列

光导近场测试器件

TeraSpike微探针系列是新一代高性能用于电子领域太赫兹频段的光导探测的微探针。近表面电太赫兹领域现在能够使用具有空前的高质量信号源和低探测侵入性。

太赫兹微探针能够无缝接入860nm波长光学激励系统,并且是目前最高性价比方案实现将现有时域泵浦或探针系统转换成高功率太赫兹近场探测系统用于高分辨率成像。

系统主要特点

*市面上最小的主动太赫兹探针;

*专利设计;

*空间分辨率高达3μm;

*频谱范围:0-4THz;

*适用于所有激光激励太赫兹系统(λ<860nm);

*安装匹配标准光机器件;

*典型光学激励功率1-5mW(1-5μJ/cm2);

*集成电压过载保护电路。

标准型号

以下为标准型号,用于脉冲激光激励。

·TD-800-X-HR/HRS/HS

·TD-800-Z-A500G

电气连接通过一个紧凑的同轴SMP插头实现,推荐使用低噪声电流放大器,放大倍数107-108V/A(例如,DLPCA200)以及优质的连接电缆(例如,我们的TS电缆)来实现最佳的性能。

TeraSpike TD-800-X

微探针旋臂结构设计

X系列微探针对电矢量场分布敏感,确定传输方向指向探针尖端被定义为X轴方向(如上插图)。型号TD-800-X-HR实现高空间分辨率。型号TD-800-X-HRS拥有对f=1.5THz-1.3THz显著的高灵敏度,并且拥有20μm的空间分辨率。

技术参数

型号

-HR

-HRS

最大空间分辨率

3μm

20μm

光开关间隙尺寸

1.5μm

2μm

暗电流@1V偏压

<0.5nA

<0.5nA

光电流@1V偏压

>1μA

>0.6μA

激励波长

700~860nm

平均激励功率

0.1~4mW

连接型号

SMP

注:每个探针均单独进行了测试,并且提供操作说明和测试证书。

TeraSpike TD-800-Z

微探针旋臂结构设计

技术参数

型号

N

A-500G

最大空间分辨率

8μm

8μm

光开关间隙尺寸

2μm

5μm

暗电流@1V偏压

<0.4nA

<0.4nA

光电流@1V偏压

>0.1μA

>0.5μA

激励波长

700~860nm

平均激励功率

0.1~4mW

连接型号

SMP

Z系列微探针对太赫兹场分量敏感,确定纵向到探针尖端被定义为Z轴方向(如上插图)。N选项不含共振天线单元能够提供相当高的带宽。A-500G选项含天线单元适用于增强0.5THz左右频段的灵敏度。

TeraSpike TD-800-TR.5

新型号TR.5拥有一对排列紧密的光导太赫兹天线,这样的设计为在反射测量模式下近场测量实现高分辨率提供了新的解决方法。其中一个天线作为脉冲辐射源,另一个天线作为探测器。小巧的收发器探针采用了Protemics专有的限制探针内部信号反射的“陷波”设计,以及XR型的灵活PET悬臂设计来实现机械强度可靠性。相比于标准采用远场发射/接收模块的反射模式测量方法,新型近场收发探针提供了亚波长分辨率以及最短的传输路径。

微探针天线设计:

技术参数

型号


-TR.5

暗电流@1V偏压


<1.5nA

光电流@1V偏压


>0.5μA

激励波长

           700~860nm

平均激励功率

         0.1~4mW

连接型号

        2×SMP

TeraSpike TD-1550-Y-BF

微探针旋臂结构设计

型号TD-1550-Y-BF太赫兹探针是一款基于正在申请的专利设计(编号:10 2013020 216.7)对平面波导、金属表面或负折射介质材料的无偏压近表面激发太赫兹脉冲的微探针发射器。

应用举例:

配置:太赫兹产生于薄膜微带利用无偏压TeraSpike发射微探针。对于芯片上无接触太赫兹探测另一个TeraSpike可使用TD-800-X或Z系列探针。

太赫兹发射方案:太赫兹脉冲的产生基于InGaAs微悬臂表面光学激励。将激发的探针尖端置于传导结构或者表面提供有效电容耦合和脉冲传输。

技术参数:

型号

TD-1550-Y-BF

激发波长

700~1600nm

平均激发功率

0.1~4mW

发射带宽(90fs脉冲激励)

>2.5THz

TeraSpike入门套件:

套件包括以下器件

·TeraSpike微探针(X- 或Z-系列);

·TeraSpike幽灵(虚拟器件);

·TS连接线缆(SMP to SMA);

·SMA/BNC适配器;

·固定器件.

拥有该定向固定TeraSpike微探针套件可以根据应用的需求自由选择搭配使用。套件包中虚拟器件-TeraSpike 幽灵,推荐使用在所有的机械搭建和建筑工作中,因为不可控机械影响在此过程中可以被简单的避免。

TeraSpikeXR-option

标准化的TeraSpike探针设计均最大化确保了高分辨率和较低的场入侵损伤以及高灵敏度。这些均得益于独立的半导体基悬臂微探针含有有源场传感单元。标准化设计的机械强度能够适应长时间应用在很好的控制的情况及自动化系统中,例如TeraCube Scientific允许突出的样品接触。

对于较苛刻的应用环境或者样品距离很难控制的情况下,新型的XR-设计是一个相当不错的选择。该设计在略有降低空间分辨率和灵敏度的情况下彻底深度提升了机械强度。

横截面Standard和XR-设计对比:

Standard和XR-时域和频域相应对比:

XR-选项是目前可用于以下X-和Z-场灵敏TeraSpike探针:

  • TeraSpike     TD-800-X-HR-WT-XR

  • TeraSpike     TD-800-Z-WT-XR

TeraSpikeWT-option

TeraSpike近场探针被应用于不同的激发条件下。在一些配置下可能会产生THz多模,并且能够沿着探针头电极内部传播。目前,这些模式通过对反射信号时域瞬态记录所观测到。

探针头设计:

WT-选项目前可用于以下X-和Z-场灵敏TeraSpike探针:

·TeraSpikeTD-800-X-HR-WT

·TeraSpikeTD-800-Z-WT

·TeraSpikeTD-800-X-HR-WT-XR

·TeraSpikeTD-800-Z-WT-XR

三、GigaSpike 电场探针系列

基于硝基二极管主动3D近场探测

GigaSpike场探针系列拥有低入侵损伤微米天线结构集成到零偏压肖基特二极管上,用于3D场幅度分布主动测量。GigaSpike系列探针均提供从25GHz~330GHz的频率范围。得益于极低的入侵损伤,该系列微探针可以允许实时近距离测试器件并且只有极少的探测场后向散射和寄生耦合效应。GigaSpike探针是用于对毫米波发射器远场或近场3D矢量场幅度或功率密度测量非常理想的探测器件,例如5G千兆网天线阵列。它们同时可以被应用于光导太赫兹发射器辐射轮廓的测量。

标准型号

频谱范围

GS-28-XYZ

25~32GHz

GS-60-XYZ

56~70GHz

GS-285-X

250~330GHz

GigaSpike GS-60-XYZ

探针响应曲线:直流电压输出对高频电场强度




技术参数

GigaSpike GS-60-XYZ

范围

频率

56~70GHz

功率密度

0.005~200μW/mm2

直流输出电压

0.1mV~1100mV

响应率

5500~20000Vmm2/W

四、太赫兹发射器-TeraBlast

TeraBlast- Bias-free Large-area Emitters

最新TeraBlast系列零偏压太赫兹发射器是由光学泵浦产生的太赫兹源,能够同相当宽的范围的飞秒激光源一起使用(例如,低功率振荡器或放大激光器,波长范围700~1600nm)。它们能够理想的被应用于近场成像应用,包括TeraSpike微探针操作。TeraBlast同时也是能够应用于远场光谱及其它太赫兹应用的强大的发射器。

TeraBlast发射器基于正在申请中的专利设计(德国应用型专利:DE102012010926A1)。该发射器提供一个大的有效面积能够被平均功率5mW至1W较大范围的飞秒激光脉冲激活,并且不会产生已知小尺寸光导天线中典型的饱和换能效应及器件失效的情况。此外,TeraBlast发射器是应用于太赫兹脉冲产生需要发生在极靠近的光导探测(例如,近场探测或对接耦合波导激发)。通常在这种情况下,偏置电压发射器是不可用的,因为光电流调制会产生强寄生耦合效应,而TeraBlast可以有效避免此效应。

主要优势

·高转换效率,得益于纳米尺度双金属结构设计;

·高发射功率,通过无饱和大有效面积;

·TeraSpike微探针操作推荐太赫兹源;

·无与伦比的极简化操作;

·几乎无对准/聚焦要求;

·极其稳固确保无偏差;

·局部瑕疵不会引起设备故障;

·无暗电流;

·在锁入探测方法中无胶版印刷寄生信号.

辐射特性及工作原理

太赫兹脉冲发射通过近红外或红外飞秒脉冲光学激励TeraBlast发射器产生。推荐脉冲宽度<150fs。发射太赫兹辐射是线极化的。下图是用TeraSpike微探针(型号:TD-800-X-HRS)线扫描穿过TeraBlast发射器中心获取的时域典型太赫兹发射场。明亮的快速震荡太赫兹频率器件均被限制在只有几个毫米尺寸的孔径范围内,然而GHz辐射能够发射大得多的范围。发射图可以很容易的被适应通过调整激励光束的聚焦。

发射方案:太赫兹发射过程基于肖基特场,多重非对称金属/半导体结中的感应横向感应电流(jph).





测量举例(TeraBlast TD-1550-L-165):远场传输通过N2净化的自由空间通过量子激光(“taccor”)飞秒激光器和基于ASOPS的时域光谱仪在一个400μm厚GaP晶体的电光探测进行测量。

尺寸参数

技术参数

型号

TeraBlast   TD-1550-L-165

激发波长范围

700~1600nm

典型平均激发功率范围

5mW~1000mW

平均太赫兹发射功率

>2.5μW(a)

有效面积直径

Ca.11mm(b)

适配器尺寸(外部直径)

1/2 inch

选项

增透膜(-AR)

对于没有法布里-珀罗特征的发射谱,发射器背面的太赫兹脉冲反射可以通过这种宽带增透膜被抑制。但是需要注意的是,应用增透膜后发射场脉冲振幅也被减弱了大概30%。

高通滤波器(-HPF)

为了允许在近距离接近TeraBlast发射器测量太赫兹场而没有低-GHz范围辐射的主要贡献,发射器可以在输出端面装配一个集成化的高通滤波器。

五、子系统

TeraSpike微探针与现有光电设备的集成通过使用标准化光学安装组件和具有进一步基本功能的以下子系统进行简化。

子系统D-B1-TR

D-B1-TR子系统的核心是一个装有预先对准的光机械组件的迷你板模块,用于系统集成TeraSpike微探针收发器系列(TR)。

功能:

·微探针定位

·手动光束对微探针聚焦(用于两束光)

·手动光束对微探针对准(用于两束光)

·手动微探针高度调整

子系统 D-B1

D-B1子系统的核心是一个装有预先对准的光机械组件的迷你板模块,用于系统集成TeraSpike微探针。

功能:

·微探针固定

·手动光束对微探针聚焦

·手动光束对微探针对准

·手动微探针高度调整

子系统D-B2

子系统D-B2是保持核心模块D-B1和光束引导部件的垂直面包板平台。 它为额外的部件提供了足够的空间,例如用于探针头监测的CCD相机或用于采样或倾斜样品表面采样的距离传感器。

内容包括:

·含定制高度子系统D-B1的母板

·装配支架

·2个对准光阑

·2个倾斜镜

·可扩展组件,如CCD相机和距离传感器

可选扩展项:

·Sub-D-B2-CAM:具有可变照明的集成CCD显微镜相机系统,用于监测探针头到样品表面近似和样品定位。

CCD相机图像的TeraSpike微探针在样品上的微结构示例

六、配件

·TeraSpike Defender

TeraSpike Defender是一个可选的外壳,可以保护探头的敏感尖端免受机械冲击。 尖端的曝光可以从-1mm到+ 1mm手动调节。 在负曝光范围内,TeraSpike Defender外壳可以防止探针尖端与平坦表面的直接接触。 由于垂直设置的开口,光学激发以及尖端区域的视觉监控不会受到保护结构的损害。 TeraSpike Defender可应用于任何现有或新的TeraSpike探头。

·SHG-Unit

Protemics的新型SHG单元是一种易于操作和非常有效的解决方案用于将经济高效的飞秒光纤激光器的IR光转换为NIR光,以实现对基于LT-GaAs的TeraSpike微探针和TeraBlast发射器的高效激发。

主要优点

·推荐用于具有IR飞秒激光器的TeraSpike微探针操作

·高功率转换效率

·被动和牢固的设计

·预热时间短(10-15分钟)

·可配置自由空间(-FS)或光纤耦合输入光束(-FC)

·易于集成和使用

原理图

技术参数

型号

SHG-Unit TD-1550-NLO (-FS/-FC)

输入波长范围

1500~1600nm

典型平均输入功率范围

30mW~200mW

典型功率转换效率(a)

10~50%(a)

最小孔径直径

Ca.10mm

尺寸(l×d)

120mm×45mm

·TeraSpike Phantom

TeraSpike Phantom是一个虚拟器件,用于在施工和系统开发过程中更换微型探头。推荐使用TeraSpike Phantom(包括在入门套件中),以避免在苛刻工作环境中出现不受控制的机械冲击的风险。

·Connection cable

TS cable

SMP到SMA连接电缆加SMA-BNC适配器(也包括在入门工具包内)。

·Current amplifiers

提供两个可变增益的电流放大器,在50 kHz或220 kHz下提供107V/A放大倍数:

DLPCA-200   可变增益电流放大器,带宽为50 kHz,@107V/ A放大倍数

·互阻抗增益从103到1011 V/A

·输入噪声低至4.3fA /√Hz

·预配置偏置电压

·手动和远程控制

DHPCA-100   可变增益电流放大器,带宽为220 kHz,@107V/ A放大倍数

·互阻抗增益从102到108 V/A

·输入噪声低至55fA√Hz

·预配置偏置电压

·手动和远程控制


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