啁啾脉冲互相关法探测THz辐射

通过理论分析指出啁啾脉冲光谱仪探测法探测THz辐射存在时间分辨率极限，实验也得到了与理论分析相一致的结果.提出使用啁啾脉冲互相关法探测THz辐射，给予了一定的理论分析，实验结果证明此方法探测THz辐射的时间分辨率与传统的时间扫描延迟方法的时间分辨率相当. 关键词： 啁啾脉冲 THz辐射 互相关     

ZnTe晶体中光学整流产生的THz辐射及其电光探测研究

借助抽运-探测技术研究了ZnTe晶体中光学整流产生的太赫兹(THz)辐射，利用ZnTe晶体的线性电光效应探测THz辐射场分布，观察到了较窄(约为0.2 ps)的THz场分布及相应较宽(响应超过4 THz，半峰宽约为2.4 THz)的THz频谱，并运用琼斯矩阵对实验结果进行了理论拟合. 研究了飞秒激光脉冲波长(750—850 nm)、脉冲宽度(56—225 fs)和晶体旋转与THz辐射产生的关系. 同时改变探测光偏振方向进行偏振调制，并从理论上分析了偏振调制对THz辐射探测的影响. 关键词： THz辐射 光学整流 电光探测 ZnTe     

偏振方向对THz电光探测影响的理论研究

采用线性电光效应耦合波理论，系统地研究了用无中心反演对称性的立方晶系晶体作为探测晶体时，terahertz(THz)辐射信号和探测光的偏振方向对电光探测的影响. 研究结果发现，THz辐射和探测光的偏振方向都对电光探测影响很大，沿(110)方向传播时可以获得最大的探测灵敏度，最适合THz的横场探测. 计算研究的部分结果与已有的实验结果相一致，可为电光探测器的设计提供有用的指导. 关键词： 电光探测 THz辐射 偏振 线性电光效应耦合波理论     

利用国内生长的有机晶体DAST作为THz源的研究

利用时域光谱技术分别测量了通过光整流法在国内新生长的有机晶体DAST和国际常用的高效能THz晶体ZnTe中产生的THz脉冲的时域光谱,也测量和分析了有机晶体DAST在THz波段的色散和吸收特性,并通过热辐射探测计(4.2 K Si-olometer)测量了THz脉冲的绝对能量.结果表明,国内新生长的有机晶体DAST的确是一种高效率的THz产生晶体,优化生长条件后将可得到更高的产生效率.     

不同掺杂Zn0.95Cd0.05 Te〈110〉单晶的THz辐射特性研究

利用太赫兹(THz)时域光谱技术研究了不同掺杂的Zno95Cd0.05Te<110〉单晶产生THz辐射的特性.实验发现,当晶体的直流电阻率ρ＞102 Ω·cm时,晶体产生THz辐射的效率随着晶体电阻率的增加而增加,但当电阻率ρ＞106Ω·cm时,晶体产生THz辐射的效率出现饱和甚至可能下降.光谱测量结果表明,此类晶体在THz波段的透过率基本上取决于其低频电阻率,但除了晶体对THz辐射的吸收这一因素外,其色散性质的变化对晶体的THz辐射性能也有重要的影响.因此,当ZnCdTe晶体用于THz辐射产生和探测时,仅仅用材料的Hall电阻率不能完全表征器件的性能.     

THz辐射电光探测原理分析新方法

采用线性电光效应耦合波理论，得到一种全新简便的基于线性电光效应的THz辐射电光探测 原理的分析方法.这种方法不仅适用于一切各向同性晶体，也适用于探测光沿光轴传播的单 轴晶体.它可以方便地描述在探测光偏振状态和THz辐射电场方向都任意的情况下探测器的行 为，并可以得到探测器的优化设计方案.同时此方法不需要复杂的坐标变换，计算方便简洁 ，而且得到一些在其他理论中没有得到的结论，有望给电光探测器设计者提供有益的参考 . 关键词： 电光探测器 THz 线性电光效应耦合波理论     

基于人工表面等离激元探针实现太赫兹波的紧聚焦和场增强

为提高太赫兹近场显微成像技术的分辨率,设计了一款在Teflon探针的尖锥形表面镀上厚度渐变、具有相同占空比的超薄金属银制条带的探针,用于实现探针尖端处人工表面等离激元的激发和太赫兹波的亚波长聚焦.研究表明,对于频率为0.1 THz的入射波,厚度渐变镀银条带探针产生的紧聚焦光场的尺寸可稳定在20μm左右(λ/150),探针尖端处最大电场强度为入射电场强度的849倍.研究还发现,周期性金属条带的数目和入射电场的偏振方向可对探针尖端处产生的紧聚焦光斑的尺寸和电场强度等进行灵活有效的调控.     

基于非完整表面缺陷模式的一维光子晶体高分辨率折射率传感器

介绍了一种新型一维光子晶体非完整表面缺陷模式折射率传感器的原理及方法,并构建了高分辨率、高Q值传感器探测实验系统,利用二甲基砜溶液验证了这种传感器.实验结果表明,该折射率传感器的灵敏度为3 025 nm·RIU-1(Refractive index LJnit),当光谱仪的分辨率为0.01 mn时,传感器的分辨率为3.3×10-6RIU.该传感器的Q值为260,并且在1.4～1.42范围内具有良好的线性度(线性度为0.991 27).文章分析了传感器Q值与光子晶体周期数及被探测液体厚度之间的关系.理论和实验证明这种全反射型光子晶体表面波传感器具有与SPR相似的无标、实时生物检测的特点且可获得更高的探测灵敏度、Q值和分辨率.     

不同掺杂Zn0.95Cd0.05Te〈110〉单晶的THz辐射特性研究

利用太赫兹(THz)时域光谱技术研究了不同掺杂的Zn_0.95Cd_0.05Te〈110〉单晶产生THz辐射的特性.实验发现，当晶体的直流电阻率ρ>10² Ω·cm时，晶体产生THz辐射的效率随着晶体电阻率的增加而增加，但当电阻率ρ＞10⁶ Ω·cm时，晶体产生THz辐射的效率出现饱和甚至可能下降.光谱测量结果表明，此类晶体在THz波段的透过率基本上取决于其低频电阻率，但除了晶体对THz辐射的吸收这一因素外，其色散性质的变 关键词： THz ZnCdTe 时域光谱     

基于可调谐准高斯波束太赫兹源的成像系统研究

报道了一种基于频率可调谐准高斯太赫兹波束的透射成像系统.研究表明，在这种成像系统中太赫兹波束具有良好的空间分布特性，其波束质量因子M²_x＝1.15，M²_z＝1.25，波束传输特性和聚焦特性良好.实验结果反映出成像系统的空间分辨能力与典型太赫兹波长(250μm)相接近.在太赫兹波输出1.0—2.5THz范围内，成像系统信噪比大于1000dB；在1.8THz处，信噪比 关键词： 太赫兹波 太赫兹成像 太赫兹探测     

A Reflected Terahertz-Emission Microscopy

A novel reflected terahertz-emission microscopy is proposed and developed for improving the spatial resolution of THz imaging. When attaching a bow-tie antenna directly onto a thin generation crystal, the reflected THz waves can be collected and detected by a photoconductive antenna, and the spatial resolution is decided by the diameter of focused pump beam. In this way, the detected resolution can be largely improved and tunable. The configuration and characteristics of this microscopy are described in detail.     

Development of terahertz wave microscopes

Terahertz (THz) radiation has tremendous potential for inspection applications. However, due to the diffraction restriction, its spatial resolution is limited by its long wavelength. Near-field technology improves the spatial resolution of THz imaging. Recent developments of near-field THz wave microscopes are highlighted.     

Quasi-optic terahertz imaging

We demonstrate quasi-optical, diffraction-limited two-dimensional image production by means of reflected pulses of terahertz (THz) radiation. A spherical mirror is used to form a real one-to-one THz image of two 1-mm-diameter steel spheres, which is then scanned over a THz receiver. Diffraction-limited spatial (cross-range) resolution and THz pulse range resolution are simultaneously observed.     

Terahertz quasi-near-field real-time imaging

A terahertz (THz) quasi-near-field real-time imaging system is presented. Not only the consumption of experimental time is dramatically reduced, but also the resolution of the imaging system is improved to the magnitude of sub-wavelength of THz waves. THz images of a razor blade edge are obtained and the spatial resolution of the imaging system is discussed in detail. For checking the imaging capability of this system, three metallic plates with different sub-wavelength air hole arrays are imaged and the microstructure of these samples can be clearly observed in their THz images. It is believed that the THz quasi-near-field real-time imaging system should have tremendous applications in the THz microscopic field.     

太赫兹数字全息术的研究进展

随着太赫兹成像技术的不断成熟,其空间分辨率和系统信噪比逐渐提高,成像速度逐渐加快,光学信息获取能力逐渐变强,人们对太赫兹成像在基础研究和工业应用的开发也逐渐深入。本文综述了近年来科研人员利用太赫兹数字全息成像系统进行的部分研究工作,包括对平板太赫兹元件的性能表征、对光控太赫兹元件的功能验证、对衍射太赫兹场中的纵向分量进行观测、以及对金属亚波长器件的太赫兹表面波进行分析。这些工作的完成对于太赫兹集成系统的研究和太赫兹成像技术的应用都具有积极的推动作用。     

THz near-field measurements of metal structures

We report on electro-optic measurements of THz electric fields in the near-field of metal structures lying on GaP electro-optic sampling crystals. With (110) oriented crystals, the x or y component of the THz electric field is measured, whereas with a (001) oriented crystal, the z-component is measured. With an estimated spatial resolution of 20 μm, the technique allows us to map the field on a scale, orders of magnitude smaller than the spatial dimensions of these structures. We illustrate the technique by showing results of measurements of the THz electric field in a plane underneath a metal sphere and a single square hole in a metal foil. The technique provides us with a wealth of information on the time-evolution of light fields near metal structures. To cite this article: A.J.L. Adam et al., C. R. Physique 9 (2008).     

Analysis of generation of terahertz radiation by nonlinear mixing of laser frequencies in GaAs crystal

Generation of terahertz (THz) radiation by nonlinear mixing of laser frequencies in GaAs crystal is considered for the case of free and guided propagation of THz waves. In the first case the strong diffraction of the THz radiation leads to the deviation from the known square-law growth of the generator power with increasing crystal length, In the second case the spatial divergence of the exciting laser beam results in the appearance of a maximum in the generated power dependence on the radius of the nonlinear waveguide. According to estimations, the optimal radius of the laser beam is 18 μm for the waveguide length of 6 mm and the maximal generated THz power is ～27 W at the laser beam power of 10 kW.     

Effects of Pumping Sizes on THz Radiation Based on Ultrashort Light Pulse Optical Rectification for High Spatial Resolution T-Ray Imaging

We present our experimental studies on the effects of the pumping sizes on THz radiation based on ultrashort light pulse optical rectification for high spatial resolution T-Ray imaging. Our experiments show that high spatial resolution T-ray imaging requires both thin THz emitter and sample, and rigorous tolerance of the gap between the sample and the emitter, as well as small pumping size which usually much smaller compared with THz wavelength. Such a small pumping size results in dramatic decrease of the THz wave power, which originates from strong diffraction of THz wave, the depolarization of the focused tightly pumping beam, the spatial filtering of the emitter exit-surface, and the strong phase-mismatching between the pumping and the high spatial Fourier components of the THz signal, rather than two-photon absorption.     

Near-field terahertz imaging with a dynamic aperture

By introduction of an optical gating beam on a semiconductor wafer, near-field terahertz (THz) imaging with a dynamic aperture has been realized. The spatial resolution is determined by the focus size of the optical gating bean and the near-field diffraction effect. THz imaging with subwavelength spatial resolution (better than 50mum) is demonstrated.     

单发太赫兹时域光谱技术

太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)广泛应用于材料、生物医学、化学、药学、安检等诸多领域。传统扫描式THz-TDS技术需要通过改变探测光延时逐点扫描并重构时域信号，仅适合于具有较高重复频率且稳定的太赫兹辐射源情形下的样品探测。在低重复频率或涨落较大的太赫兹辐射源情形下和不可逆过程中样品的探测，扫描式THz-TDS不再适用，需要使用单发THz-TDS技术，单发THz-TDS技术原则上仅需要一个激光脉冲就可以获取一个完整的太赫兹时域脉冲波形。介绍几种主要的单发THz-TDS探测技术，这些技术都利用了电光晶体的泡克尔斯效应，通过测量探测光的某个物理量的变化来提取太赫兹信号。根据探测方法不同可分为光谱编码、空间编码和互相关等技术。在光谱编码技术中，探测光不同频率成分在时间上发生分离，不同时间成分分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制，通过测量探测光各个频率被太赫兹脉冲调制前后的光谱的变化提取太赫兹脉冲波形。该方法光路简单，测量结果直观，有较高的信噪比，但其时间分辨率较低，且被测太赫兹信号容易产生失真。为提高被测信号的时间分辨率，有人提出了空间编码技术，即不同位置探测光分别被太赫兹脉冲不同时刻电场调制，通过测量探测光各个位置太赫兹脉冲调制前后的光强变化提取太赫兹脉冲波形。根据不同空间展开方法可分为一维空间编码技术和二维空间编码技术。空间编码技术中虽然有较高的时间分辨率，但由于探测光在空间展开能量分散使得其信噪比相对较低。此外，还有一种较高时间分辨率的技术即互相关技术，可分为共线互相关和非共线互相关技术。在非共线互相关技术中，被太赫兹脉冲调制的激光啁啾脉冲与短脉冲互相关作用产生二次谐波，通过太赫兹脉冲调制前后二次谐波空间分布变化来提取太赫兹信号；在共线互相关技术中被太赫兹脉冲调制的啁啾脉冲与短脉冲共线入射到光谱仪，通过干涉条纹提取太赫兹信号，该技术提高了时间分辨率和信噪比，但光路布置复杂，不能进行实时监测。回顾了这几种单发THz-TDS探测技术的发展历程，综述探测技术的原理、实验方案和测量结果，并讨论了这些探测技术的优势和不足。