CC BY
57Секция 7 РАДИОФИЗИКА И АКУСТИКА
Лазерная полупроводниковая плазменная антенна
Богачев ll.ll.1. Жлуктова И.В.2, Камынин В.А.2, Трикшев А.И. . Филатова С.А. . Шохрин Д.В.
1 - теоретический отдел 2 - НЦЛМТ, ОЛКиТЛ, лаборатория активных сред твердотельных лазеров
3 - МИРЭА - Российский технологический университет, базовая кафедра № 343
Е-mail: bgniknik@,yandex. ru Введение
В последнее время интенсивно изучаются возможности применения плазменных антенн в различных радиотехнических и телекоммуникационных устройствах [1, 2]. Основные преимущества и достоинства таких антенн были рассмотрены в работах [3, 4]. Обычно в антеннах такого типа используется плазма газового разряда при низком давлении [5-8]. В данном докладе в качестве рабочей среды антенны рассматривается неравновесная электронно-дырочная плазма, создаваемая при воздействии лазерного импульса на полупроводник. К преимуществам такой лазерной полупроводниковой плазменной антенны (ЛППА) можно отнести: технологичность, возможность масштабирования для различных устройств и систем (от микроэлектронных устройств до крупных систем); возможность получения плазмы со значительно более высокой концентрацией носителей заряда (1016 cm-3 и выше [9]); меньшие энергозатраты на образование свободных носителей заряда (~1 eV в полупроводнике и ~30 eV в газоразрядной плазме); отсутствие вакуумированных компонент; более широкие возможности по управлению антенными параметрами и характеристиками.
Экспериментальная часть
В данной статье экспериментально показана возможность использования в качестве вибраторной антенны электронно-дырочной плазмы, возникающей на поверхности полупроводника при воздействии
лазерным излучением. Излучение от лазерного диода K976FA2RN-20.00W с волоконным выводом излучения (А=975 nm), проходило через коллиматор, и с помощью цилиндрической линзы, фокусировалось на тонкую пластину из полупроводника (монокристалла Ge). В результате на поверхности полупроводника формировалось прямоугольное пятно шириной 1 mm и длиной 18 mm. Полупроводниковая пластина через омический контакт соединялась с разъемом коаксиального кабеля, на который подавался модулированный с частотой сигнал с СВЧ генератора Г4-82 (частота модуляции F=1 kHz, несущая частота f=6^7.5 GHz). Сигнал, излученный ЛППА принимался рупорной антенной и поступал на детекторный приемник на базе диода ДК-В7М. Уровень принятого детектором от ЛППА сигнала был отнесен к уровню сигнала принятого от разъема кабеля и присоединенного полупроводника (без облучения лазером). На рис. 1 представлен график изменения излучаемого ЛППА сигнала в зависимости от мощности лазерного источника.
Рис. 1. Зависимость относительного увеличения амплитуды сигнала от лазерной полупроводниковой плазменной антенной из монокристаллического Ge от мощности лазера с А,=975 пт
Результаты и обсуждение
Видно, что электронно-дырочная плазма, возникающая в области засветки пластины Ge, проявляет себя как плазменная вибраторная антенна. На рис. 1 видно, что эффективность передачи сигнала существенно возрастает, особенно при увеличении мощности лазерного излучения, воздействующего на полупроводник. При освещении Ge лазерным излучением Р1ак=3.5 W амплитуда сигнала на детекторе (А1ак) возрастает почти в 10 раз по сравнению с исходным сигналом (А0).
В настоящей работе предложен метод создания
полупроводниковой плазменной антенны с помощью лазерного излучения. Метод обладает большими перспективами для создания управляемых антенн. Описана первая успешная реализация полупроводниковой плазменной дипольной антенны для передачи излучения СВЧ-диапазона. Экспериментально доказана возможность управления эффективностью передачи сигналов СВЧ диапазона, за счет регулирования интенсивности засветки полупроводниковой вибраторной антенны лазерным излучением.
Благодарности
Авторы выражают благодарность за обсуждения, помощь в организации и проведении исследований Гусейн-заде Н.Г., Казанцеву С.Ю., Подлесных C.B., Цветкову В.Б., Рогалину В.Е.
1. Kumar R., Bora D. J. of Applied Physics. 2010, 107(5), 053303.
2. Богачев H.H., Гусейн-заде Н.Г., Нефедов В.И. Физика плазмы. 2019, 45(4), 365-368.
3. Гусейн-заде H.r., Минаев И.М., Рухадзе A.A., Рухадзе К.З. Радиотехника и электроника. 2011, 56(10), 1216-1220.
4. Минаев И.М., Сергейчев К.Ф. Труды ИОФАН. 2014, 70, 186.
5. Ким A.B., Марков T.A., Смирнов AÄ, Умнов A^. Письма в ЖТФ. 1989, 15(5), 34-37.
6. Пахотин B.A. Письма в ЖТФ. 2007, 33(8), 22-29.
7. Истомин E.H., Карфидов Д.М., Минаев И.М., и др. Физика плазмы. 2006, 32(5), 423-435.
8. Bogachev N.N., Bogdankevich I.L., Gusein-zade N.G., Rukhadze A.A. Plasma Phys. Rep. 2015, 41(10). 792-798.
9. Aлексеев E.E., Казанцев С.Ю., Кононов И.Г. и др. Оптика и спектроскопия. 2018, 124(6), 790-794.
