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ULTRA-BROADBAND COHERENT DETECTION OF TERAHERTZ PULSES VIA CMOS-COMPATIBLE SOLID-STATE DEVICES

Il presente lavoro di tesi presenta e dimostra una tecnica innovativa e completamente integrata dedita alla rilevazione coerente di radiazioni a frequenze Terahertz (THz), cioè di onde elettromagnetiche il cui contenuto frequenziale cade convenzionalmente nella finestra spettrale compresa tra 0.1-10x1012 Hz. Tale tecnica è stata battezzata col nome di solid-state-biased coherent detection (SSBCD), dal momento che essa sfrutta le proprietà di un mezzo a stato solido e consente di ricostruire simultaneamente l’informazione sulla fase e sull’ampiezza degli impulsi THz, anche nel caso in cui quest’ultimi siano dotati di spettri a banda cosiddetta “ultra larga” (> 10 THz). Tale metodo di rivelaz…

Invited Article: Ultra-broadband terahertz coherent detection via a silicon nitride-based deep sub-wavelength metallic slit

2018

We present a novel class of CMOS-compatible devices aimed to perform the solid-state-biased coherent detection of ultrashort terahertz pulses, i.e., featuring a gap-free bandwidth at least two decades-wide. Such a structure relies on a 1-µm-wide slit aperture located between two parallel aluminum pads, embedded in a 1-µm-thick layer of silicon nitride, and deposited on a quartz substrate. We show that this device can detect ultra-broadband terahertz pulses by employing unprecedented low optical probe energies of only a few tens of nanojoules. This is due to the more than one order of magnitude higher nonlinear coefficient of silicon nitride with respect to silica, the nonlinear material emp…