本文摘要:太赫兹(THz)波一般是指频率为0.1 ~ 10太赫兹(波长为0.03 ~ 3毫米)的电磁波。

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太赫兹(THz)波一般是指频率为0.1 ~ 10太赫兹(波长为0.03 ~ 3毫米)的电磁波。我们觉得它不存在,其实它围绕着我们。

太赫兹的长波段与毫米波(亚毫米波)重合,其发展主要依靠电子学科技,而其短波段与红外线(远红外线)重合,其发展主要依靠光子学科技,所以太赫兹波是宏观电子学与微观光子学研究的交叉领域。这也需要发展目前主要的太赫兹源。

一种是以Etherhertz激光器为代表的激光光学技术,也包括气体激光器、半导体激光器和电子激光器等。这种技术来源于激光技术向长波方向发展;二是以微波元器件为代表的真空电子技术,包括微波管、液体微波源和耿氏二极管,它来源于微波技术向短波方向的发展;三是超快激光技术,是太赫兹向低频和高频同时发展。

图1。方位1。电磁波序列中的太赫兹电磁辐射。

但在光谱分析领域,0.5 ~ 5赫兹的意义最大。目前,主要有两种方法,可以通过激光技术的间接方法获得。

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(1)依靠缓慢调制的半导体天线中的光电流;(2)非脉冲激光用太阳能光电开关。这两种方法用于可见光或近红外激光器:前者用于互易固定二极管激光器,后者用于飞秒光纤激光器。

TOPTICA太赫兹系统说明TOPTICAPhotonics公司对产生太赫兹电磁波的两种方法,即二极管激光器和飞秒光纤激光器进行了分析比较,在成熟期创造了优秀的产品。目前,TOPTICA可用于获得频域/时域太赫兹应用的各种解决方案、组件和产品,几乎都是模块化的,可以根据实验进行剔除或升级。1互易回波太赫兹电磁波图2太赫兹频谱平台图3相邻波长的两个激光器差频混频可以得到互易回波太赫兹波的太赫兹结构图,如图2和图3所示。

电磁波在半导体天线结构中被转换,例如砷化镓(GaAs),其用作太赫兹波的辐射源。两个不同频率的激光束在半导体中产生光电流。通过调节这两种激光束的频差,可以获得不同频率的太赫兹波。波长接近800纳米的代到系统(DFB)激光器特别限于产生回波太赫兹波。

它的主要优点是输出功率低,回波频率范围长,发射波长比GaAs带隙高。中心波长在780nm附近的激光器可以获得0.4 ~ 2.2 THz回波范围内的电磁波(如图4所示);1550nm附近使用的激光器(InGaAs天线)可以获取频率范围为0.1 ~ 2.9 THz的电磁波(如图5所示)。工业上使用的气体、化学试剂、炸药的大部分吸收带都被这些太赫兹电磁带所覆盖。

图4TeraScan780图5TeraScan1550TeraScan技术参数如果实验需要更高的功率(前提是光混频器也有足够的损伤阈值),图3中的系统可以转化为主波动功率放大器系统。这样,两个DFB半导体激光器同时耦合到同一个半导体放大器中,可以输出功率为500 ~ 1000 MW的近散射无限光束。同时,DFB半导体激光器的回波范围和光谱特性保持不变。

此外,TOPTICA还开发了一种基于矢量干涉仪的锁模技术,通过计算机控制可以获得频率误差在1MHz的高精度太赫兹波,从而构建一些测量方法,用于有害气体的精确检测和定量测量。图6北航老师TeraScan频域谱平台实验测试结果2由飞秒激光和半导体天线组成的辐射源获得时域宽带太赫兹脉冲电磁波。

1560nm的飞秒脉冲入射光产生自由电荷载流子,自由电荷载流子可以被内部或外部电场加速。电流的通断产生一个频谱范围清晰的临时电磁场。因此,在近红外光谱范围内,产生对应于0.1 ~ 5thz的谱线范围和<<60fs的脉冲宽度的太赫兹电磁波脉冲。

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太赫兹辐射源的方案之一是采用小型化、价格合理、可靠性强的超快光纤激光器。掺铒玻璃纤维飞秒激光器可以输入波长约为1560nm、脉宽大于60fs、平均功率小于60mW的激光束。Toptica还获得了功率更高的飞秒光纤激光器。

TOPTICA公司的光纤激光器产生的太赫兹电磁波的信噪比(SNR)可以与钛宝石激光器获得的信噪比进行比较。图7TeraFlash时域频谱平台图8TeraFlash结构图9TeraFlash1560TeraFlash技术参数产品应用于可用测试应用领域不断增长的市场需求,TOPTICA进一步拓展其太赫兹仪器组。

今年,在PhotonicsWest,一个新产品TeraFlash,一个光学扩展的时域太赫兹光谱平台,被发布。由于TeraFlash独特的光谱比特率(0.1-5赫兹),研究人员可以充分利用其光学和光谱组合潜力。

光学扩展用于两个精确的线性平台,通过太赫兹光束扫描样品。旋转运动是实时的,TeraFlash中的延迟分量明显降低了测量速度,允许系统以高达每秒16像素的速度采集原始波形,在1515 cm的视场内定位精度高于200微米。

TOPTICA和德国柏林FraunhoferHeinrichHertz研究所的专家共同开发了两个版本的光学开发——针对希望使用自己光学元件的研究人员的“基本”版本,以及针对用于光束整形和讨论的抛物面镜的“原始”版本。最初的光学扩展获得了独特的灵活性:通过偏移槽,用户可以将光学元件从入射设置重新配置为光,反之亦然。这两个版本都有强大的软件包,可以获得各种对比度参数,包括振幅、振幅和层厚。此外,用户可以在时域和频域中过滤原始数据,并沿着给定的样本横截面分解振幅和高度。

太赫兹光学发展的原版,光(左)和入射(右)下面的图片都是Toptica产品检测、安全检查、行李识别、纸条中物品识别,气囊垫光学中含有气泡的塑料楔的光学太赫兹技术也可以用于生物医学、安全监控和质量控制、可用的探伤、短距离无线供电和网络、国防应用等。未来,随着太赫兹技术的日益成熟,太赫兹技术将得到广泛应用。

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TOPTICA作为二极管激光器、飞秒光纤技术、光数据存储产品和技术的行业领先供应商,不会不断增加科研投入,销售设备更先进的产品。

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