太赫茲波的產(chǎn)生與檢測-全文預覽
【正文】 波形進行傅里葉變換 ， 能直接得到樣品的 吸收系數(shù) 和折射率等光學參數(shù) 。 THz輻射光譜學 是一個典型的 THz時域光譜系統(tǒng) THz時域光譜系統(tǒng)，既可以做透射探測，也可以做反射探測，還可以在泵浦探測的方式下研究樣品的時間動力學性質(zhì)。 為了提高靈敏度 ， 被 THz調(diào)制的探測信號由 鎖相放大器提取 。 線偏振探測光束在晶體內(nèi)與 THz光束共線傳播 ， 它的相位被折射率調(diào)制 ， 而折射率已被 THz脈沖的電場改 變 。 泵浦光束 照射在 THz發(fā)射器上 (例如 PCA天線發(fā)射器 、 光整流發(fā)射器 )。電流正比于所加圖 PCA門控探測技術的 THz場 。 光電導探測天線的幾何結(jié)構(gòu)是 由 Grischkowsky發(fā)明的 ， 如右圖所 示 。使用超短激光脈沖 (15fs)和薄的探測晶體30μ m)，可以進行中紅外波段的電光信號探測。 盡管測量的速度現(xiàn)在仍被限制在 1ms左右 ， 但目前已經(jīng)有人提出了高速探測的設想 ， 并且這將在太赫茲探測 領域引發(fā)新的革命 。 另外熱電的 紅外測量儀器在太赫茲的波段也是可以使用的 。 光電導天線 產(chǎn)生的 THz電磁波的頻率 較低 ，而 光整流 產(chǎn)生的 THz電磁波 的頻率 較高 。 頻率為 ω 0，寬度為 r的脈沖激光照射到一個非線性介質(zhì)樣品，脈沖激光的各個單色分量之間會在樣品中通過差頻振蕩現(xiàn)象產(chǎn)生一個隨時間變化的電極化場，這個隨時間變化的電極化場將輻射低頻電磁波，其頻率上限和入射激光脈沖寬度有關。 超短激光脈沖的發(fā)展為光學整流效應的研究和應用開辟了新的途徑。 根據(jù)傅里葉變換理論，一個脈沖光束可以分解成一系列單色光束的疊加， 其頻譜決定于 該脈沖的中心頻率和脈沖寬度 。 光整流是太赫茲脈沖產(chǎn)生的另一種機制，它是電光效應的逆過程。 光電導機制是利用超短激光脈沖泵浦光導材料 (如 GaAs等半導體 )， 使在 其表面激發(fā)載流子 ， 這些載流子在外加電場作用下加速運動 ， 從而輻射出電磁波 ， 如下圖所示 。 通 常的光電導材料包括 高電阻率的 GaAs、 InP及放射法制造有缺陷的 Si晶片 。 利用 光電導天線 和 光整流 是最常見的兩種產(chǎn)生寬 頻帶脈沖太赫茲輻射的方法 。 這種光源不是連續(xù)可調(diào)的 ， 而且通常需要大的氣體腔和上千瓦 的能量輸入 ， 但這種方法可以得到高達 30mW的輸出功率 。 主要用于發(fā) 射低功率 (100μ Ｗ )連續(xù)太赫茲輻射的是低頻微波振蕩器的升頻轉(zhuǎn)換技術 ， 這些振蕩器包括電壓控制的振蕩器和介電共振振蕩器 。 近十幾年來，超快激光技術的迅速發(fā)展，為 THz脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，使 THz輻射的產(chǎn)生和應用得到了蓬勃發(fā)展。但是，仍有很多光源可能成為太赫茲光源的潛在候選 者，在快速電子學、激光和材料研究中，每一種光源都有其獨特的優(yōu)點。 過去的幾年間，該領域的一門新興的研究課題 THz電磁脈沖產(chǎn)生技術及應用受到了人們極大的關注。而 超短激光脈沖的重要應用價值，因 1999年諾貝 爾化學獎授予科學家艾哈邁德 如今，利用克爾透鏡鎖模鈦寶石激光器 可產(chǎn)生短至 5fs的激光脈沖。 另一方面，除了激光脈沖，人們很早就發(fā)現(xiàn)，最早從核爆炸產(chǎn)生的強電 磁脈沖 (脈寬在納秒量級 )對電子設備有極強的破壞力，由此引發(fā)了人們對超 短電磁脈沖的研究興趣。 第十章 太赫茲波的產(chǎn)生與檢測 對本章的學習重點在于了解和理解太赫茲波 基本名詞概念及應用 缺少高功率、低造價和便攜式的室溫工作的太赫茲光源是限制現(xiàn)代太赫 茲應用的最主要因素 。 在 20世紀 80年代中期以前，由于缺乏有效的產(chǎn)生方法和檢測手段，科學家對于該波段電磁輻射性質(zhì)的了解非常有限。 很多新的技術現(xiàn)在仍在發(fā)展中 ， 包括無線電波波源頻率 上轉(zhuǎn)換和下轉(zhuǎn)換 ， THz激光和反向波管 。 氣體激光器是另一種常用的產(chǎn)生太赫茲的光源 ， 在這種激光器 中 ， 利用 CO2激光器抽運一個低氣壓腔 ， 并在這種氣體的某些發(fā)射譜線處形 成受激發(fā)射 。 但是目前這些方法的轉(zhuǎn)換效率都很低 ， 所以太赫茲光束的平 均功率只有納瓦到微瓦的數(shù)量級 ， 而作為激發(fā)太赫茲輻射的飛秒光源的平 均功
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