案例1，太赫茲相機(jī)用于測量太赫茲光電導(dǎo)天線光斑

太赫茲輻射的產(chǎn)生條件：Ti:Sapphire振蕩器，輸出功率100mW, 800nm，驅(qū)動光電導(dǎo)天線（太赫茲相機(jī)RIGI）

案例2, 太赫茲相機(jī)用于測量180GHz光斑

Terasense 180GHz亞太赫茲輻射源（太赫茲相機(jī)RIGI）

案例3，太赫茲相機(jī)用于Menlosystems的太赫茲時域光譜儀系統(tǒng)中

太赫茲相機(jī)用于測量THz-TDS中的光斑，輻射源為光電導(dǎo)天線 （太赫茲相機(jī)RIGI）

案例4，太赫茲相機(jī)用于測量ZnTe晶體產(chǎn)生的太赫茲脈沖

產(chǎn)生條件：800nm, 200uJ，飛秒激光激發(fā)碲化鋅晶體（太赫茲相機(jī)RIGI）

案列5，太赫茲相機(jī)用于測量鈮酸鋰晶體產(chǎn)生的太赫茲脈沖

產(chǎn)生條件：800nm, 1KHz，飛秒激光激發(fā)鈮酸鋰晶體（波前傾斜）（太赫茲相機(jī)RIGI）

案列6，太赫茲相機(jī)用于測量CO2太赫茲激光器的光斑

CO2太赫茲激光器（太赫茲相機(jī)RIGI）

太赫茲(THz, 1THz=1012Hz)頻段是指頻率從十分之幾到十幾太赫茲，介于毫米波與紅外光之間相當(dāng)寬范圍的電磁輻射區(qū)域。 近年來, 超快激光技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了 THz 脈沖產(chǎn)生和探測技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用研究也得到蓬勃發(fā)展。由于物質(zhì)的THz 光譜包含豐富的物理和化學(xué)信息，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索具有重要意義，同時THz輻射還具有瞬態(tài)性、寬帶性、相干性和光子能量低等特點，使得 THz 技術(shù)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和工業(yè)生產(chǎn)及軍事應(yīng)用領(lǐng)域有深遠(yuǎn)研究價值和重要的應(yīng)用前景。目前，THz技術(shù)在基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究主要包括研究物質(zhì)THz波段的光譜響應(yīng)，對THz光譜進(jìn)行理論解析, 探索凝聚態(tài)物質(zhì)內(nèi)部的聲子、偶極子動力學(xué)過程及其結(jié)構(gòu)性質(zhì)。在應(yīng)用領(lǐng)域的研究則涵蓋了微電子學(xué)、光電子學(xué)、通信、天文學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)等及由此帶動的交叉研究, 如安全檢測, 特別是對炸 藥、毒品等相關(guān)材料的檢測研究已成為熱點。

THz波的產(chǎn)生分為連續(xù)波的THz產(chǎn)生和THz脈沖的 產(chǎn) 生。 產(chǎn) 生 連 續(xù)THz波 的 方 法 主 要 有４ 種：（1）通 過 FTIR（Fourier Transform Infrared Spectrometer） 使用熱輻射源產(chǎn)生， 如汞燈和SiC棒；（2）是通過非線性光混頻產(chǎn)生；（3）通過電子振蕩輻射產(chǎn)生，如反波管、耿式振蕩器及肖特基二極管產(chǎn)生；（4）通過氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、自由電子激光器等THz激光器直接產(chǎn)生。目前產(chǎn)生THz脈沖常用的方法有光導(dǎo)天線法、光整流法、THz參量振蕩器法、空氣等離子體法等，其中空氣等離子體能產(chǎn)生相對較高強(qiáng)度的THz波而備受關(guān)注，此外，還可以用半導(dǎo)體表面產(chǎn)生THz波。

太赫茲光譜用短脈沖太赫茲輻照來探測材料的性質(zhì)。樣品的輻射在MHz頻率范圍內(nèi)檢測和調(diào)制。由一個或多個激光器驅(qū)動的光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生可以用鎖相放大器測量和檢測的斬波的THz脈沖。HF2LI鎖相放大器用于太赫茲光譜儀器的連接圖如下圖一所示。

                                                          圖一 HF2LI鎖相放大器連接到THz光譜儀系統(tǒng)

電光取樣技術(shù)

電光取樣測量技術(shù)基于線性電光效應(yīng)：當(dāng)THz脈沖通過電光晶體時，會發(fā)生電光效應(yīng)，從而影響探測（取樣） 脈沖在晶體中的傳播。 

當(dāng)探測脈沖和THz脈沖同時通過電光晶體時，THz脈沖電場會導(dǎo)致晶體的折射率發(fā)生各向異性的改變，致使探測脈沖的偏振態(tài)發(fā)生變化。 調(diào)整探測脈沖和THz脈沖之間的時間延遲，檢測探測光在晶體中發(fā)生的偏振變化就可以得到THz脈沖電場的時域波形。

自由空間電光取樣THz探測原理如下圖二所示。 圖中的激光器為飛秒激光器，它所發(fā)出的飛秒激光脈沖經(jīng)分束器之后，分為泵浦脈沖和探測脈沖。 泵浦脈沖用來激發(fā)THz發(fā)射極使其產(chǎn)生THz脈沖，然后該脈沖被離軸拋物面鏡準(zhǔn)直聚焦，經(jīng)半透鏡照射到電光晶體之上，由此改變電光晶體的折射率橢球。 當(dāng)線偏振的探測脈沖在晶體內(nèi)與THz光束共線傳播時，其相位會被調(diào)制。 由于電光晶體的折射率會被THz脈沖電場改變，所以探測光經(jīng)過電光晶體時，其偏振狀態(tài)將會由線偏振轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓偏振，再經(jīng)偏振分束鏡（這里常用的是沃拉斯通（Wollaston） 棱鏡） 分為 ｓ 偏振和 ｐ偏振兩束，而這兩束光的光強(qiáng)差則正比于THz電場。 使用差分探測器可以將這兩束光的光強(qiáng)差轉(zhuǎn)換為電流差，從而探測到THz電場隨時間變化的時域光譜。 利用機(jī)械電動延遲線可以改變THz脈沖和探測脈沖的時間延遲，通過掃描這個時間延遲可得到THz電場的時域波形。 為了提高靈敏度和壓縮背景噪聲，可以采用機(jī)械斬波器來調(diào)制泵浦光，而后利用鎖相探測技術(shù)，即可獲得THz電場振幅和相位的信息。

                                                          圖二  電光探測技術(shù)的太赫茲光譜系統(tǒng)

時域太赫茲光譜技術(shù)

THz- TDS系統(tǒng)是基于相干探測技術(shù)的太赫 茲產(chǎn)生與探測系統(tǒng), 能夠同時獲得太赫茲脈沖的振幅信息和相位信息, 通過對時間波形進(jìn)行傅立葉變換, 能直接得到樣品的吸收系數(shù)和折射率、透射率等光學(xué)參數(shù).太赫茲時域光譜有很高的探測信噪比和較寬的探測帶寬, 探測靈敏度很高, 可以廣泛應(yīng)用于多種樣品的探測.
THz- TDS 系統(tǒng)可分為透射式、 反射式、 差分式、 橢偏式等, 其中Z常見的為透射式和反射式THz- TDS 系統(tǒng).典型的 THz- TDS 系統(tǒng)如下圖三所示,它主要由飛秒激光器、 太赫茲輻射產(chǎn)生裝置及相應(yīng)的探測裝置, 以及時間延遲控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與信號處理系統(tǒng)組成.目前, 在 THz- TDS 技術(shù)中常用來產(chǎn)生太赫茲脈沖的方法主要有 3 種: 光導(dǎo)天線、半導(dǎo)體表面輻射和光整流, 而相應(yīng)的探測方法也主要有 3 種: 熱輻射計、光導(dǎo)開關(guān)和電光取樣

                                                              圖三  時域太赫茲光譜系統(tǒng)

太赫茲成像系統(tǒng)現(xiàn)場演示視頻

視頻中太赫茲成像系統(tǒng)所涉及到的部件：

1， 太赫茲相機(jī)    型號MICROXCAM-384I-THZ

我們很高興回答您有關(guān)太赫茲線柵偏振片功能和使用的任何問題。首先我們在下面列出客戶可能遇到的一些典型問題：

1.      太赫茲線柵偏振片的主要用途是什么？

       獨立式（Free-standing）太赫茲線柵偏振片用作毫米和亞毫米波長輻射（例如在遠(yuǎn)紅外波長或太赫茲頻率范圍內(nèi)）的低損耗偏振元件。典型的應(yīng)用包括用作中紅外至毫米波長太赫茲輻射的線性偏振片，偏振干涉儀中的分束器或分光器，長波長輻射的耦合器以及可變衰減器或可變反射器。請注意，由于它們屬于偏振元件，因此用作衰減器，反射器或耦合器時會在系統(tǒng)中優(yōu)先引入偏振。

2.      什么是獨立式（free-standing）太赫茲線柵偏振片？

        獨立式（free-standing）線柵太赫茲偏振片由一排平行的細(xì)導(dǎo)線（直徑通常為5-50微米）組成，并由框架圍繞圓周固定支撐。此類線柵陣列將反射電場偏振平行于導(dǎo)線的入輻射，并透射電場偏振垂直于導(dǎo)線

的輻射。以此方式，線柵在透射和反射中均作為偏振元件。

3.       獨立式（free-standing）太赫茲偏振片工作原理是什么？

      該問題已在文獻(xiàn)中得到了徹底解決，有關(guān)更詳細(xì)的答案，請參考Hecht（1987）。獨立式太赫茲線柵偏振片工作的基本原理是基于入射的電磁輻射如何與線柵相互作用，這取決于相對于柵取向的電場偏振平

面。對于電場偏振平行于線柵的導(dǎo)線元件的情況，入射輻射將導(dǎo)致導(dǎo)線中的自由電子沿其長度振蕩。這種相互作用導(dǎo)致通過焦耳熱的再輻射和能量的一些消散，正向的再輻射波抵消了透射波，反方向的再輻射

表現(xiàn)為反射輻射。以此方式，入射波的平行分量被從透射的輻射中剝離，并且表現(xiàn)為反射波。在導(dǎo)線直徑較小的情況下，鑒于無法使自由電子沿該方向流動，入射輻射的正交偏振分量不會以相同的方式與導(dǎo)線柵格相互作用。因此，在沒有任何反射的情況下，正交偏振分量被柵格完全透射。為了使該過程有效的工作，導(dǎo)線之間的空間必須小于輻射的波長。這樣，線距限制了太赫茲線柵偏振片的較低波長性能，并且太赫茲線柵偏振片的性能存在一定的波長依賴性。

4.       為何鎢絲用作太赫茲線柵偏振片？

在商業(yè)上可獲得的材料中，鎢絲被認(rèn)為可為太赫茲線柵偏振片提供有利的特點，它主要具有的是：

-高抗拉強(qiáng)度，可將導(dǎo)線牢固地固定在整個支撐框架上；

-良好的導(dǎo)電性，這是線柵偏振選擇性的必要先決條件；

-優(yōu)異的耐腐蝕性，可使偏振片在可接受的時間內(nèi)繼續(xù)工作。

太赫茲近場探針問題答疑

所有關(guān)于我們太赫茲近場探針的產(chǎn)品的問題，如我們的TeraSpike太赫茲微探針的性能或它集成到您的系統(tǒng)的問題都列在這里。

1.   使用TeraSpike太赫茲微探針需要哪種類型的激光？

基本上，大多數(shù)λ<860 nm的飛秒脈沖振蕩器系統(tǒng)都與我們的微探針兼容。TeraSpike太赫茲微探針針對飛秒脈沖激發(fā)進(jìn)行了優(yōu)化，其ZX波長在800nm左右，平均光功率在幾兆瓦的情況下，重復(fù)頻率為80MHz。要評估微探針與你的特定激光系統(tǒng)的兼容性，請隨時與我們聯(lián)系。

2.  TeraSpike是基于AFM的探針嗎？

不，TeraSpike太赫茲探針填補(bǔ)了衍射極限毫米級分辨率和基于AFM納米級分辨率系統(tǒng)之間的空白。微米級分辨率是通過使用大型平移臺和（可選）使用光學(xué)表面距離監(jiān)控來實現(xiàn)的， 這有助于使系統(tǒng)成本保持較低水平，并可以進(jìn)行大規(guī)模區(qū)域的測量。

3.  微探針發(fā)出的時域信號是什么樣子的？

您可以在我們的手冊中找到一些示例性數(shù)據(jù)（2MB PDF）。 探頭接收到的時域信號形式還取決于所施加的發(fā)射器和激勵脈沖持續(xù)時間，這可能因系統(tǒng)而異。

4.   我已經(jīng)擁有一套自由空間THz TDS系統(tǒng)，是否可以集成TeraSpike微探針進(jìn)行近場測量？

將TeraSpike太赫茲微探針集成到現(xiàn)有TDS系統(tǒng)中通常非常簡單，特別是如果系統(tǒng)包括光電導(dǎo)檢測器：在這種情況下，大多數(shù)必需的組件應(yīng)該已經(jīng)可用。利用我們的子系統(tǒng)組件，可以進(jìn)一步減少系統(tǒng)集成的工作量。這些模塊包含所需的固定裝置，反射鏡，鏡臺，微型探頭安裝座和聚焦透鏡。

5.  我們想測量對于太赫茲輻射不透明的樣品。 是否可以進(jìn)行反射測量？

反射模式下的THz近場測量原則上可以使用TeraSpike微探針，但是與傳輸模式相比存在一些限制。例如，在垂直入射的情況下，由于THz激發(fā)光束被探頭掩蔽，使得探頭不能垂直地對準(zhǔn)樣品表面進(jìn)行THz激發(fā)。所需的斜交THz激發(fā)光束（或探頭）對準(zhǔn)使得信號說明比傳輸模式配置要求更高。

6.  要正確操作TeraSpike太赫茲微探針，要具備哪些條件？

低質(zhì)量的電纜或電流放大器會嚴(yán)重影響微探頭的性能，我們建議使用我們已證實的附屬組件和子系統(tǒng)。如果您不確定您的設(shè)備是否足以操作TeraSpike太赫茲微探針，請與我們聯(lián)系。

7.  你的TeraSpike的動態(tài)范圍是什么？

有效的動態(tài)范圍取決于您的測量方案（例如ECOPS或鎖相）、使用的發(fā)射器、集成時間和設(shè)置的其他因素。在TeraSpike TD-800-X-HS中，我們通常在短鎖相集成時間內(nèi)使用30dB的場振幅信噪比。

8.       也會出售完整的THz近場測量裝置嗎？

是的。請看我們的掃描系統(tǒng)部分。

9.       為什么主面包板垂直安裝在你的子系統(tǒng)D-B2？是否有一個特別的原因?qū)е录す馐拇怪迸帕卸皇撬脚帕校?/p>

選擇子系統(tǒng)的這種垂直對齊方式是為了允許樣本的水平對齊。由于重力對您不利，這有助于將樣品放置到裝置中。同樣，通過這種對齊方式，光柵掃描中平移階段的整合通常也比較簡單。這種設(shè)置方案還有其他優(yōu)點，因為您可以獲得更多的寶貴空間來進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)展，并且所有重要組件都在可以觸及的范圍內(nèi)。

太赫茲近場探針TeraSpike操作指南

有關(guān)處理和測量設(shè)置的常見問題。

1.       你推薦THz激發(fā)光束、樣品表面和TeraSpike微探針的哪個方向？

為了獲得更高的分辨率，我們建議將微探針懸臂和THz激發(fā)光束在垂直方向上對準(zhǔn)樣品表面根據(jù)我們下載部分的應(yīng)用說明，建議從懸臂的非金屬化一側(cè)進(jìn)行TeraSpike的光激發(fā)。

2.       樣品與TeraSpike太赫茲微探針之間的距離應(yīng)該是多少？

微型探針針尖與被測設(shè)備之間的距離通常應(yīng)為大約在目標(biāo)分辨率范圍內(nèi)。

3.       如何在掃描過程中調(diào)整探頭到樣品的距離并保持恒定？

可以很容易地手動調(diào)整的高度（使用集成在子系統(tǒng)D-B1或D-B2中的手動平移臺），由于微探針懸臂的柔韌性，可以使與樣品表面輕微接觸，而不會損壞樣品或探針。此過程應(yīng)使用帶放大物鏡的攝像機(jī)進(jìn)行視覺控制，這樣還可以調(diào)整Z終樣品的傾斜度，并調(diào)整定義的微探針到樣品的距離。另一個簡練的解決方案是將單獨的距離傳感器和3D平移臺集成在一起，以在掃描過程中實現(xiàn)受控且恒定的樣品/探針距離。

4.       關(guān)于光學(xué)探針束與微探針的對準(zhǔn)，應(yīng)該注意什么？

在測量期間，探測束必須保持聚焦并穩(wěn)定在微探針的光電開關(guān)上。對于探針束對準(zhǔn)，應(yīng)使用施加的偏置電壓下的光電流作為反饋信號。為了簡化微探針與系統(tǒng)的集成，我們提供了預(yù)先對準(zhǔn)的子系統(tǒng)模塊D-B1和D-B2。

5.       如何將微探針連接到測量設(shè)備？

微型探針配有SMP連接器，推薦的TS電纜鏈接至SMA或BNC插頭，該插頭可直接與我們的電流放大器或您自己的設(shè)備連接。

6.       如何在掃描過程中確保探針激光束保持固定在微探針光電開關(guān)上？

我們建議移動樣品并保持微探針的位置固定，在這種情況下，不需要連續(xù)重新對準(zhǔn)焦點。 為了將焦點對準(zhǔn)微探針，可以將1V偏置電壓下的光電流用作調(diào)整反饋。CCD顯微鏡攝像機(jī)有助于直觀地檢查微探針的光斑直徑和位置。

7.       微探針懸臂中是否存在用于光學(xué)探針束激發(fā)的shou選面？

我們的應(yīng)用說明（PDF文件）中給出了建議的微探針方向和激光束激發(fā)角的范圍。給定激發(fā)功率的Z大光電流是從懸臂背面獲得的，也可以從懸臂的頂側(cè)（搭載電極結(jié)構(gòu)）進(jìn)行光激發(fā)，但是會導(dǎo)致光電流降低。

8.       微型探針對振動有多敏感？我需要隔離振動嗎？

即使在很短的探針到樣品的距離下，具有標(biāo)準(zhǔn)隔振功能的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)平臺通常也足以進(jìn)行不失真的測量。但是，如果可能，請勿將振動源直接放在光學(xué)平臺上。只要與微探針之間有足夠的距離，機(jī)械斬波器通常就不重要。

9.       我們希望在測量過程中保持樣品固定，可以移動微探針嗎？

原則上是可以的，但是光激發(fā)光束當(dāng)然需要跟隨（例如，通過使用光纖）。除非樣品非常大，否則通常是移動樣品并將微探針保持在固定位置是較穩(wěn)定且具成本效益的解決方案。

相關(guān)產(chǎn)品

太赫茲近場探針

太赫茲光電導(dǎo)天線

光纖耦合太赫茲光電導(dǎo)天線

無偏壓太赫茲光電導(dǎo)天線

單色超快激光成絲產(chǎn)生太赫茲輻射機(jī)理

1 單色超快激光與氣體介質(zhì)作用成絲輻射太赫茲波的機(jī)制

相比太赫茲光整流和光導(dǎo)天線太赫茲源的方法, 超快激光與氣體介質(zhì)作用成絲產(chǎn)生太赫茲波的方法不受介質(zhì)損傷閾值的限制, 使用起來更加方便。目前超快激光成絲產(chǎn)生太赫茲波主要是, 通過單色激光場與氣體介質(zhì)相互作用和雙色激光場與氣體介質(zhì)相互作用, 這兩種方法產(chǎn)生太赫茲波的機(jī)理各不相同，用單色超快激光場與氣體介質(zhì)作用形成等離子體產(chǎn)生太赫茲波的裝置, 實驗中使用0.8μm波長的飛秒激光通過聚焦透鏡Lens(f1)形成等離子拉絲, Z終輻射出徑向偏振的太赫茲波；另外四波混頻模型產(chǎn)生太赫茲輻射的一般實驗裝置圖, 實驗中同樣使用0.8μm波長的線偏振飛秒激光作為基頻的激發(fā)光, 二倍頻偏硼酸鋇晶體(BBO)用于產(chǎn)生二倍頻激光即0.4μm波長激光, 飛秒激光依次通過聚焦透鏡Lens(f2)和BBO, 與氣體介質(zhì)相互作用產(chǎn)生等離子體拉絲, Z終得到線偏振太赫茲波。

2 提高太赫茲輻射效率的若干方法

單色超快激光與氣體介質(zhì)作用產(chǎn)生太赫茲輻射效率的提高有很多方法, 在單色激光誘導(dǎo)形成拉絲的基礎(chǔ)上, 可以通過在拉絲周圍外加縱向電壓、外加橫向電壓、雙拉絲等方法獲得更強(qiáng)的太赫茲波。這些方法不需要復(fù)雜的光學(xué)元件和光學(xué)晶體, 不需脈沖之間的精確對齊或相位調(diào)整, 因此這些方法可以運(yùn)用到更多的太赫茲技術(shù)應(yīng)用中。除此以外, 這種簡單裝置產(chǎn)生的太赫茲源可以被放置在遠(yuǎn)距離目標(biāo)上, 能夠有效解決太赫茲波在遠(yuǎn)距離傳輸中空氣中水蒸氣對太赫茲波吸收嚴(yán)重這一問題, 可以為接下來更多的探究奠定一定的基礎(chǔ)。

2.1 在拉絲周圍外加縱向電壓提高太赫茲波的輻射效率

對于純粹的渡越-切侖科夫輻射, 拉絲內(nèi)部激光脈沖形成的有質(zhì)動力產(chǎn)生了一個靜電場, 外加縱向電場可以與該靜電場疊加, 達(dá)到增大太赫茲輻射的效果。在單色激光誘導(dǎo)的拉絲上加縱向電壓, 即利用脈沖能量一定的單色激光, 通過聚焦形成等離子體拉絲, 并利用兩個尺寸不同的電極給拉絲兩端加上橫向電壓。在拉絲周圍外加縱向電場可以使太赫茲波的能量增大三個數(shù)量級, 增大之后的太赫茲波的偏振狀態(tài)和不加電場時的狀態(tài)是一樣的; 在拉絲周圍外加橫向電場的方法同樣可以使得太赫茲波能量增加三個數(shù)量級, 但增強(qiáng)后的太赫茲脈沖的輻射角度和偏振狀態(tài)均有一些改變。

2.2 產(chǎn)生單色場雙拉絲來提高太赫茲波的輻射效率

在單色激光誘導(dǎo)形成拉絲的基礎(chǔ)上, 采用雙拉絲的方法可以使得太赫茲輻射增大一個數(shù)量級, 增強(qiáng)后的太赫茲波的發(fā)散角度和偏振狀態(tài)都有所改變, 即通過使用了兩條飛秒激光脈沖, 分別在空氣中形成兩條重疊的拉絲, 并認(rèn)為diyi個和第二個脈沖分別經(jīng)過渡越-切侖科夫輻射產(chǎn)生太赫茲波, 然而有趣的是, Z后產(chǎn)生的太赫茲信號比兩個脈沖單獨形成的太赫茲波信號相加的和至少大了一個數(shù)量級。這種方法一般適用于初始光的強(qiáng)度較弱的情況, 當(dāng)初始光過強(qiáng)時反而不能增強(qiáng), 即如果通過產(chǎn)生單色場雙拉絲的方法來提高太赫茲波的輻射效率, 那么對于初始光要有一定的限制, 具體的限制需要根據(jù)實驗裝置的參數(shù)來定。對比之前的放射狀偏振, 放大后的太赫茲波幾乎是嚴(yán)格線性偏振的, 其偏振方向并不依賴激光脈沖的偏振狀態(tài), 它Z大的輻射強(qiáng)度沿著激光傳播的方向。

相關(guān)產(chǎn)品：

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>>  強(qiáng)場太赫茲光譜儀系統(tǒng)