模块化THz时域光谱仪

工作原理

THz-TDS的工作原理可以分为两个主要部分：激发（产生THz脉冲）和探测（测量THz脉冲）。整个过程基于超快激光脉冲技术，通常涉及到以下几个步骤：

1. 激发（生成THz脉冲）

激光源：THz-TDS系统使用超快激光脉冲（通常是飞秒激光脉冲）作为激发源。

光电效应：当激光脉冲照射到（如锗（Ge）、锗磷化物（GaAs）或砷化镓（InGaAs））等半导体材料上时，会激发光电效应。即激光脉冲使得半导体材料中的电子被激发，从而产生一个短暂的电流脉冲（即THz辐射）。

产生THz波：这个电流脉冲会通过材料内部的加速产生THz波（THz辐射）。由于激光脉冲的宽频谱特性，这些THz波通常包含了从低频到高频的宽带信息，因此能够为后续的光谱分析提供全面的频率信息。

2. 探测（测量THz脉冲）

探测器：THz-TDS利用光电探测器（通常也是基于GaAs、InGaAs等材料的光电二极管）来探测由THz辐射引起的电信号。探测器在接收到THz脉冲时，能够产生相应的电信号。

电场采样：探测器通常在接收到THz脉冲时，测量其电场的变化。为了获取完整的THz时域波形，系统通过精确控制探测脉冲与激发脉冲之间的时间延迟，捕捉到THz波的振幅和相位信息，从而实现对THz波的完整时域测量。

3. 数据处理

傅里叶变换：通过获取THz波在时域中的完整波形，THz-TDS系统使用傅里叶变换（Fourier Transform）将时域信号转换为频域信号。这时，得到的光谱包含了THz波的频率成分，能够提供材料或物质在该频段的详细光谱特性。

分析与解读：从频域光谱中可以提取出材料的吸收特性、折射率、光学常数等信息。因此，THz-TDS可以用来研究材料的电磁特性（例如，介电常数、光学传输特性等）。