In dieser Arbeit werden zwei anwendungsorientierte Terahertz-Systeme (0.1-10 THz) vorgestellt, die mit ErAs:In(Al)GaAs-Photoleitern entwickelt wurden, und es werden neue Modelle zur Beschreibung ihrer Leistung als Terahertz-Detektoren eingeführt.

ErAs:In(Al)GaAs-Photoleiter und Photoleiter im Allgemeinen werden seit mehr als einem Jahrzehnt in großem Umfang als Terahertz-Emitter und -Detektoren in Homodyn-Terahertz-Spektrometern eingesetzt. Einige grundlegende Aspekte ihrer Funktionsweise als Terahertz-Detektoren sind jedoch noch nicht vollständig modelliert worden. Im ersten Teil dieser Arbeit werden neue Modelle für diese grundlegenden Aspekte vorgeschlagen. Diese Modelle gelten nicht nur für ErAs:In(Al)GaAs-Photoleiter, sondern auch für alle photoleitenden Mischer mit kurzer Ladungsträgerlebensdauer, die als CW-Terahertz-Detektoren eingesetzt werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf zwei Aspekten: dem Einfluss des treibenden Lasers auf das Rauschverhalten und der Beziehung zwischen der eingehenden Terahertz-Leistung und dem vom Mischer abgegebenen Strom.

Die bestehenden Modelle für das Rauschen in Photoleitern mit kurzer Ladungsträger-lebensdauer vernachlässigen den Einfluss des Laserrauschens und gehen davon aus, dass das thermische Rauschen dominiert. Experimentelle Beweise zeigen jedoch das Gegenteil, zumindest für optische Leistungspegel, die normalerweise in Photoleitern verwendet werden. Das in dieser Arbeit vorgeschlagene Modell bezieht daher den Einfluss des Laserrauschens und des Generations-Rekombinationsrauschens in die Betrachtung mit ein. Die Modellvorhersagen wurden experimentell getestet.

Da keine umfassenden Modelle zur quantitativen Beschreibung des Verhältnisses zwischen der eingehenden Terahertz-Leistung und dem Ausgangsstrom für CW-Photoleiter-Detektoren existieren, ist das hier vorgeschlagene Modell das erste seiner Art. Die theoretischen Vorhersagen wurden durch experimentelle Messungen bestätigt.

Zusätzlich zu diesen Modellen, die auf CW-photoleitende Terahertz-Detektoren anwendbar sind, wird im ersten Teil dieser Arbeit auch ein Modell zur detaillierten Abschätzung der spektralen Struktur der Terahertz-Pulse vorgestellt, die von einem gepulsten Photoleiter emittiert werden, welcher mit einem MLL gepumpt wird. Solche Modelle sind erforderlich, um einige der im zweiten Teil dieser Arbeit vorgestellten Anwendungen zu untersuchen.

Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit zwei verschiedenen Anwendungen, die mit ErAs:In(Al)GaAs-Photoleitern als CW-Terahertz-Detektoren entwickelt wurden.

Bei der ersten Anwendung handelt es sich um eine neuartige Detektionstechnik für Terahertz-Pulse, die von gepulsten, durch MLLs betriebenen Photoleitern ausgesendet werden. Die neuartige Detektionstechnik, FreSOD genannt, ermöglicht es, jede der Moden, aus denen sich ein Terahertz-Puls zusammensetzt, mit einer Auflösung zu detektieren, die die Auflösung anderer bisheriger Zeitdomänen-Detektionstechniken um mehrere Größenordnungen übertrifft. Eine solche spektrale Auflösung ist nicht nur für Terahertz-Messungen von Bedeutung, sondern auch für die Charakterisierung des Rauschens des MLL, die den gepulsten Photoleiter antreibt.

Der zweite ist ein rein optoelektronischer Spektrumanalysator für den Sub-Terahertz-Bereich, der ohne einen externen elektronischen Spektrumanalysator funktioniert. Die gezeigte Auflösung liegt im 1-Hz-Bereich, und der Betriebsbereich beträgt 0.05-0.09 THz. Der Bereich kann mit relativ geringen Modifikationen leicht auf mehr als 0.3 THz erweitert werden.