搭建太赫茲時(shí)域光譜儀THz TDS的一些經(jīng)驗總結-上海屹持光電技術(shù)有限公司

搭建太赫茲時(shí)域光譜儀THz TDS的一些經(jīng)驗總結

2016-03-17 19:03:35

搭建太赫茲時(shí)域光譜儀THz

詳細介紹

搭建太赫茲時(shí)域光譜儀THz TDS的一些經(jīng)驗總結

一，基于光電導天線(xiàn)的THz-TDS

如果你們實(shí)驗室已經(jīng)具備了飛秒激光器，飛秒光纖激光器，或是鈦藍寶石飛秒激光器都可以，振蕩級放大級出光都行，只要脈沖寬度在100fs量級。你就可以以一個(gè)低成本的價(jià)格搭建一套太赫茲時(shí)域光譜儀系統。

搭建常規的基于光電導天線(xiàn)的THz-TDS，系統對fs激光器的要求如下：

脈沖寬度

~100 fs

重復頻率

50-100 MHz

平均功率

≥30 mW （自由空間天線(xiàn)）

≥100 mW （光纖耦合天線(xiàn)，780 nm & 1060 nm）

≥50 mW （光纖耦合天線(xiàn)，1550 nm）

屹持光電提供客戶(hù)自己搭建THz-TDS的所有配件。

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

需要注意的事項：

1，一般情況下，天線(xiàn)TDS系統分束鏡透反比為1:1，透射光反射光強度一樣。具體天線(xiàn)所加偏壓和天線(xiàn)需要的光強要根據不同廠(chǎng)家的天線(xiàn)規格而定（取決于光導天線(xiàn)電極結構）。德國B(niǎo)atop家的天線(xiàn)一般偏壓為10V，激發(fā)光和探測光功率均為10-15mW。

2，保證產(chǎn)生光路和探測光路的光程差在步進(jìn)電機補償范圍內。從BS分束鏡后開(kāi)始計算，經(jīng)過(guò)BS分束鏡的透射光，一直到THz Detector探測天線(xiàn)處為產(chǎn)生光路；經(jīng)過(guò)BS分束鏡的反射光，一直到THzDetector探測天線(xiàn)處為探測光路。步進(jìn)電機掃描過(guò)程中，當產(chǎn)生光路光程和探測光路光程相等時(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準天線(xiàn)，調節光路時(shí)，可以用一個(gè)萬(wàn)用表測量天線(xiàn)的電阻，當被激光照射時(shí)，LT-GaAs基底的天線(xiàn)極間產(chǎn)生大量光生載流子，天線(xiàn)電阻也會(huì )大幅下降，通過(guò)實(shí)時(shí)觀(guān)測萬(wàn)用表上的電阻變化可以方便判斷光束是否準確的照射在了天線(xiàn)電極中間。

THz-TDS光路示意圖

屹持光電太赫茲時(shí)域光譜儀工具箱提供太赫茲時(shí)域光譜儀系統（THz-TDS）中的主要配件，并且針對系統中的硬件提供相應的控制軟件，我們也可以提供搭建系統的設計方案。

主要硬件包括：

1，電子盒套裝, 包括脈沖電壓產(chǎn)生器和鎖相探測裝置；

2，帶有準直TPX太赫茲透鏡的THz 光電導天線(xiàn)；

3，線(xiàn)性步進(jìn)電機；

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

1，光電導天線(xiàn)：

Set of fiber-coupled antennas setup in a transmissionconfiguration

2，信號發(fā)生器&鎖相放大器（Lock in）

Data acqusition systems with BNC ports for emitter and detectorantenna

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

3，線(xiàn)性步進(jìn)電機：

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）探測系統光路圖，主要部分還是一個(gè)太赫茲時(shí)域光譜儀系統，系統中主要包括有：1）一對碲化鋅晶體；2）二個(gè)線(xiàn)性步進(jìn)電機；3) 光學(xué)斬波器（調制信號）；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，平衡光電探測器等，就可以搭建光路了。

需要注意的事項

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，光強一般30-60mW視光斑尺寸大小而定。經(jīng)BS2后的透射光為探測光，光強一般為激發(fā)光的1/10。其他光強都留給經(jīng)BS1透射后的泵浦光，泵浦激發(fā)樣品。

2，需要調節1/4片將探測光變?yōu)閳A偏光，即進(jìn)入平衡探測器兩個(gè)孔的光強相等，差分信號為零（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(mǎi)足上面講到到的等光程點(diǎn)條件。