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太赫茲時(shí)域光譜儀工具箱 THz Kit 自建太赫茲時(shí)域光譜儀(THz TDS)

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太赫茲時(shí)域光譜儀工具箱 THz Kit 自建太赫茲時(shí)域光譜儀(THz TDS)

詳細(xì)介紹

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太赫茲工具箱提供太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)（THz-TDS）中的主要配件，并且針對(duì)系統(tǒng)中的硬件提供相應(yīng)的控制軟件，我們也可以提供搭建系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

一，基于光電導(dǎo)天線的THz-TDS

如果您實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)具備了飛秒激光器，包括飛秒光纖激光器，鈦藍(lán)寶石飛秒激光器，脈沖寬度要求在100fs量級(jí)。您就可以以一個(gè)低成本的價(jià)格搭建一套太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)。

搭建常規(guī)的基于光電導(dǎo)天線的THz-TDS，系統(tǒng)對(duì)fs激光器的要求如下：

脈沖寬度

~100 fs

重復(fù)頻率

50-100 MHz

平均功率

≥30 mW （自由空間天線）

≥50 mW （光纖耦合天線，780 nm & 1060 nm）

≥50 mW （光纖耦合天線，1550 nm）

屹持光電提供客戶自己搭建THz-TDS的所有配件。

下面是基于光電導(dǎo)天線搭建的太赫茲時(shí)域光譜儀光路圖，系統(tǒng)中主要包括有：1）一對(duì)光電導(dǎo)天線； 2）一個(gè)線性步進(jìn)電機(jī)；3) 信號(hào)發(fā)生器（給產(chǎn)生天線加偏置電壓）；4）鎖相放大器 Lock InAmplifier. 再加上一些光學(xué)分束鏡，反射鏡常規(guī)光學(xué)元件，就可以搭建光路了。

需要注意的事項(xiàng)：

1，一般情況下，天線TDS系統(tǒng)分束鏡透反比為1:1，透射光反射光強(qiáng)度一樣。具體天線所加偏壓和天線需要的光強(qiáng)要根據(jù)不同廠家的天線規(guī)格而定（取決于光導(dǎo)天線電極結(jié)構(gòu)）。德國(guó)Batop家的天線一般偏壓為10V，激發(fā)光和探測(cè)光功率均為10-15mW。

2，保證產(chǎn)生光路和探測(cè)光路的光程差在步進(jìn)電機(jī)補(bǔ)償范圍內(nèi)。從BS分束鏡后開(kāi)始計(jì)算，經(jīng)過(guò)BS分束鏡的透射光，一直到THz Detector探測(cè)天線處為產(chǎn)生光路；經(jīng)過(guò)BS分束鏡的反射光，一直到THzDetector探測(cè)天線處為探測(cè)光路。步進(jìn)電機(jī)掃描過(guò)程中，當(dāng)產(chǎn)生光路光程和探測(cè)光路光程相等時(shí)，即為太赫茲時(shí)域譜的峰值所在。

3，搭建光路是最重要的就是光束對(duì)準(zhǔn)天線，調(diào)節(jié)光路時(shí)，可以用一個(gè)萬(wàn)用表測(cè)量天線的電阻，當(dāng)被激光照射時(shí)，LT-GaAs基底的天線極間產(chǎn)生大量光生載流子，天線電阻也會(huì)大幅下降，通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)萬(wàn)用表上的電阻變化可以方便判斷光束是否準(zhǔn)確的照射在了天線電極中間。

THz-TDS光路示意圖

基于光電導(dǎo)天線的太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)主要硬件包括：

1，電子盒套裝, 包括脈沖電壓產(chǎn)生器和鎖相探測(cè)裝置；

2，帶有準(zhǔn)直TPX太赫茲透鏡的THz 光電導(dǎo)天線；

3，線性步進(jìn)電機(jī)；

4，配套光譜儀軟件, 可實(shí)現(xiàn)快/慢掃描、成像和角度掃描等，THz頻譜計(jì)算分析如計(jì)算材料的折射率等。

1，光電導(dǎo)天線：

Set of fiber-coupled antennas setup in a transmissionconfiguration

2，信號(hào)發(fā)生器&鎖相放大器（Lock in）

Data acqusition systems with BNC ports for emitter and detectorantenna

（右側(cè)BNC接口連接產(chǎn)生端天線，為產(chǎn)生天線加偏置電壓，左側(cè)BNC接口連接探測(cè)端天線，采集THz時(shí)域信號(hào)）

3，線性步進(jìn)電機(jī)：

Zaber linear stage typically used as delay linein THz spectrometer.

4，控制軟件T3DS

Front panel of the T3DS software displaying the results of areference measurement

Imaging measurement of TDTS software

二，基于碲化鋅晶體的THz-TDS

下面是基于碲化鋅晶體ZnTe搭建的光泵浦太赫茲（OPTP）探測(cè)系統(tǒng)光路圖，主要部分還是一個(gè)太赫茲時(shí)域光譜儀系統(tǒng)，系統(tǒng)中主要包括有：1）一對(duì)碲化鋅晶體；2）二個(gè)線性步進(jìn)電機(jī)；3) 光學(xué)斬波器（調(diào)制信號(hào)）；4）鎖相放大器 Lock In Amplifier.再加上一些光學(xué)分束鏡，反射鏡，離軸拋物鏡，偏振分光鏡，平衡光電探測(cè)器等，就可以搭建光路了。

需要注意的事項(xiàng)

1，下圖中有兩個(gè)分束鏡，三路光，經(jīng)過(guò)BS2后的發(fā)射光為激發(fā)ZnTe產(chǎn)生THz輻射的激發(fā)光，光強(qiáng)一般30-60mW視光斑尺寸大小而定。經(jīng)BS2后的透射光為探測(cè)光，光強(qiáng)一般為激發(fā)光的1/10。其他光強(qiáng)都留給經(jīng)BS1透射后的泵浦光，泵浦激發(fā)樣品。

2，需要調(diào)節(jié)1/4片將探測(cè)光變?yōu)閳A偏光，即進(jìn)入平衡探測(cè)器兩個(gè)孔的光強(qiáng)相等，差分信號(hào)為零（自由空間電光取樣原理不在此贅述，可參閱自由空間電光取樣探測(cè)器EOD）

3，透過(guò)產(chǎn)生端碲化鋅晶體后，由于會(huì)有激發(fā)光透射，需要用一塊太赫茲窗片如Teflon，或聚四氟乙烯、HDPE、或者塑料泡沫片擋住激發(fā)光，（提到的材料基本對(duì)太赫茲全透）。

4，同樣需要注意等光程點(diǎn)的問(wèn)題，由于加了泵浦光，從BS1分束鏡到sample樣品處的兩路光需要買足上面講到到的等光程點(diǎn)條件。