太赫兹(THz, 1THz=1012Hz)频段是指频率从十分之几到十几太赫兹，介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。 近年来, 超快激光技术的发展促进了 THz 脉冲产生和探测技术的发展，相关技术及其应用研究也得到蓬勃发展。由于物质的THz 光谱包含丰富的物理和化学信息，对物质结构的探索具有重要意义，同时THz辐射还具有瞬态性、宽带性、相干性和光子能量低等特点，使得 THz 技术在基础研究领域和工业生产及军事应用领域有深远研究价值和重要的应用前景。目前，THz技术在基础领域的研究主要包括研究物质THz波段的光谱响应，对THz光谱进行理论解析, 探索凝聚态物质内部的声子、偶极子动力学过程及其结构性质。在应用领域的研究则涵盖了微电子学、光电子学、通信、天文学、化学、生物学、医学、农学等及由此带动的交叉研究, 如安全检测, 特别是对炸 药、毒品等相关材料的检测研究已成为热点。

THz波的产生分为连续波的THz产生和THz脉冲的 产 生。 产 生 连 续THz波 的 方 法 主 要 有４ 种：（1）通 过 FTIR（Fourier Transform Infrared Spectrometer） 使用热辐射源产生， 如汞灯和SiC棒；（2）是通过非线性光混频产生；（3）通过电子振荡辐射产生，如反波管、耿式振荡器及肖特基二极管产生；（4）通过气体激光器、半导体激光器、自由电子激光器等THz激光器直接产生。目前产生THz脉冲常用的方法有光导天线法、光整流法、THz参量振荡器法、空气等离子体法等，其中空气等离子体能产生相对较高强度的THz波而备受关注，此外，还可以用半导体表面产生THz波。

太赫兹光谱用短脉冲太赫兹辐照来探测材料的性质。样品的辐射在MHz频率范围内检测和调制。由一个或多个激光器驱动的光学系统产生可以用锁相放大器测量和检测的斩波的THz脉冲。HF2LI锁相放大器用于太赫兹光谱仪器的连接图如下图一所示。

                                                          图一 HF2LI锁相放大器连接到THz光谱仪系统

电光取样技术

电光取样测量技术基于线性电光效应：当THz脉冲通过电光晶体时，会发生电光效应，从而影响探测（取样） 脉冲在晶体中的传播。 

当探测脉冲和THz脉冲同时通过电光晶体时，THz脉冲电场会导致晶体的折射率发生各向异性的改变，致使探测脉冲的偏振态发生变化。 调整探测脉冲和THz脉冲之间的时间延迟，检测探测光在晶体中发生的偏振变化就可以得到THz脉冲电场的时域波形。

自由空间电光取样THz探测原理如下图二所示。 图中的激光器为飞秒激光器，它所发出的飞秒激光脉冲经分束器之后，分为泵浦脉冲和探测脉冲。 泵浦脉冲用来激发THz发射极使其产生THz脉冲，然后该脉冲被离轴抛物面镜准直聚焦，经半透镜照射到电光晶体之上，由此改变电光晶体的折射率椭球。 当线偏振的探测脉冲在晶体内与THz光束共线传播时，其相位会被调制。 由于电光晶体的折射率会被THz脉冲电场改变，所以探测光经过电光晶体时，其偏振状态将会由线偏振转变为椭圆偏振，再经偏振分束镜（这里常用的是沃拉斯通（Wollaston） 棱镜） 分为 ｓ 偏振和 ｐ偏振两束，而这两束光的光强差则正比于THz电场。 使用差分探测器可以将这两束光的光强差转换为电流差，从而探测到THz电场随时间变化的时域光谱。 利用机械电动延迟线可以改变THz脉冲和探测脉冲的时间延迟，通过扫描这个时间延迟可得到THz电场的时域波形。 为了提高灵敏度和压缩背景噪声，可以采用机械斩波器来调制泵浦光，而后利用锁相探测技术，即可获得THz电场振幅和相位的信息。

                                                          图二  电光探测技术的太赫兹光谱系统

时域太赫兹光谱技术

THz- TDS系统是基于相干探测技术的太赫 兹产生与探测系统, 能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相位信息, 通过对时间波形进行傅立叶变换, 能直接得到样品的吸收系数和折射率、透射率等光学参数.太赫兹时域光谱有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽, 探测灵敏度很高, 可以广泛应用于多种样品的探测.
THz- TDS 系统可分为透射式、 反射式、 差分式、 椭偏式等, 其中Z常见的为透射式和反射式THz- TDS 系统.典型的 THz- TDS 系统如下图三所示,它主要由飞秒激光器、 太赫兹辐射产生装置及相应的探测装置, 以及时间延迟控制系统和数据采集与信号处理系统组成.目前, 在 THz- TDS 技术中常用来产生太赫兹脉冲的方法主要有 3 种: 光导天线、半导体表面辐射和光整流, 而相应的探测方法也主要有 3 种: 热辐射计、光导开关和电光取样

                                                              图三  时域太赫兹光谱系统

太赫兹成像系统现场演示视频

视频中太赫兹成像系统所涉及到的部件：

1， 太赫兹相机    型号MICROXCAM-384I-THZ

案例1，太赫兹相机用于测量太赫兹光电导天线光斑

太赫兹辐射的产生条件：Ti:Sapphire振荡器，输出功率100mW, 800nm，驱动光电导天线（太赫兹相机RIGI）

案例2, 太赫兹相机用于测量180GHz光斑

Terasense 180GHz亚太赫兹辐射源（太赫兹相机RIGI）

案例3，太赫兹相机用于Menlosystems的太赫兹时域光谱仪系统中

太赫兹相机用于测量THz-TDS中的光斑，辐射源为光电导天线 （太赫兹相机RIGI）

案例4，太赫兹相机用于测量ZnTe晶体产生的太赫兹脉冲

产生条件：800nm, 200uJ，飞秒激光激发碲化锌晶体（太赫兹相机RIGI）

案列5，太赫兹相机用于测量铌酸锂晶体产生的太赫兹脉冲

产生条件：800nm, 1KHz，飞秒激光激发铌酸锂晶体（波前倾斜）（太赫兹相机RIGI）

案列6，太赫兹相机用于测量CO2太赫兹激光器的光斑

CO2太赫兹激光器（太赫兹相机RIGI）

太赫兹近场探针问题答疑

所有关于我们太赫兹近场探针的产品的问题，如我们的TeraSpike太赫兹微探针的性能或它集成到您的系统的问题都列在这里。

1.   使用TeraSpike太赫兹微探针需要哪种类型的激光？

基本上，大多数λ<860 nm的飞秒脉冲振荡器系统都与我们的微探针兼容。TeraSpike太赫兹微探针针对飞秒脉冲激发进行了优化，其ZX波长在800nm左右，平均光功率在几兆瓦的情况下，重复频率为80MHz。要评估微探针与你的特定激光系统的兼容性，请随时与我们联系。

2.  TeraSpike是基于AFM的探针吗？

不，TeraSpike太赫兹探针填补了衍射极限毫米级分辨率和基于AFM纳米级分辨率系统之间的空白。微米级分辨率是通过使用大型平移台和（可选）使用光学表面距离监控来实现的， 这有助于使系统成本保持较低水平，并可以进行大规模区域的测量。

3.  微探针发出的时域信号是什么样子的？

您可以在我们的手册中找到一些示例性数据（2MB PDF）。 探头接收到的时域信号形式还取决于所施加的发射器和激励脉冲持续时间，这可能因系统而异。

4.   我已经拥有一套自由空间THz TDS系统，是否可以集成TeraSpike微探针进行近场测量？

将TeraSpike太赫兹微探针集成到现有TDS系统中通常非常简单，特别是如果系统包括光电导检测器：在这种情况下，大多数必需的组件应该已经可用。利用我们的子系统组件，可以进一步减少系统集成的工作量。这些模块包含所需的固定装置，反射镜，镜台，微型探头安装座和聚焦透镜。

5.  我们想测量对于太赫兹辐射不透明的样品。 是否可以进行反射测量？

反射模式下的THz近场测量原则上可以使用TeraSpike微探针，但是与传输模式相比存在一些限制。例如，在垂直入射的情况下，由于THz激发光束被探头掩蔽，使得探头不能垂直地对准样品表面进行THz激发。所需的斜交THz激发光束（或探头）对准使得信号说明比传输模式配置要求更高。

6.  要正确操作TeraSpike太赫兹微探针，要具备哪些条件？

低质量的电缆或电流放大器会严重影响微探头的性能，我们建议使用我们已证实的附属组件和子系统。如果您不确定您的设备是否足以操作TeraSpike太赫兹微探针，请与我们联系。

7.  你的TeraSpike的动态范围是什么？

有效的动态范围取决于您的测量方案（例如ECOPS或锁相）、使用的发射器、集成时间和设置的其他因素。在TeraSpike TD-800-X-HS中，我们通常在短锁相集成时间内使用30dB的场振幅信噪比。

8.       也会出售完整的THz近场测量装置吗？

是的。请看我们的扫描系统部分。

9.       为什么主面包板垂直安装在你的子系统D-B2？是否有一个特别的原因导致激光束的垂直排列而不是水平排列？

选择子系统的这种垂直对齐方式是为了允许样本的水平对齐。由于重力对您不利，这有助于将样品放置到装置中。同样，通过这种对齐方式，光栅扫描中平移阶段的整合通常也比较简单。这种设置方案还有其他优点，因为您可以获得更多的宝贵空间来进行进一步的扩展，并且所有重要组件都在可以触及的范围内。

太赫兹近场探针TeraSpike操作指南

有关处理和测量设置的常见问题。

1.       你推荐THz激发光束、样品表面和TeraSpike微探针的哪个方向？

为了获得更高的分辨率，我们建议将微探针悬臂和THz激发光束在垂直方向上对准样品表面根据我们下载部分的应用说明，建议从悬臂的非金属化一侧进行TeraSpike的光激发。

2.       样品与TeraSpike太赫兹微探针之间的距离应该是多少？

微型探针针尖与被测设备之间的距离通常应为大约在目标分辨率范围内。

3.       如何在扫描过程中调整探头到样品的距离并保持恒定？

可以很容易地手动调整的高度（使用集成在子系统D-B1或D-B2中的手动平移台），由于微探针悬臂的柔韧性，可以使与样品表面轻微接触，而不会损坏样品或探针。此过程应使用带放大物镜的摄像机进行视觉控制，这样还可以调整Z终样品的倾斜度，并调整定义的微探针到样品的距离。另一个简练的解决方案是将单独的距离传感器和3D平移台集成在一起，以在扫描过程中实现受控且恒定的样品/探针距离。

4.       关于光学探针束与微探针的对准，应该注意什么？

在测量期间，探测束必须保持聚焦并稳定在微探针的光电开关上。对于探针束对准，应使用施加的偏置电压下的光电流作为反馈信号。为了简化微探针与系统的集成，我们提供了预先对准的子系统模块D-B1和D-B2。

5.       如何将微探针连接到测量设备？

微型探针配有SMP连接器，推荐的TS电缆链接至SMA或BNC插头，该插头可直接与我们的电流放大器或您自己的设备连接。

6.       如何在扫描过程中确保探针激光束保持固定在微探针光电开关上？

我们建议移动样品并保持微探针的位置固定，在这种情况下，不需要连续重新对准焦点。 为了将焦点对准微探针，可以将1V偏置电压下的光电流用作调整反馈。CCD显微镜摄像机有助于直观地检查微探针的光斑直径和位置。

7.       微探针悬臂中是否存在用于光学探针束激发的shou选面？

我们的应用说明（PDF文件）中给出了建议的微探针方向和激光束激发角的范围。给定激发功率的Z大光电流是从悬臂背面获得的，也可以从悬臂的顶侧（搭载电极结构）进行光激发，但是会导致光电流降低。

8.       微型探针对振动有多敏感？我需要隔离振动吗？

即使在很短的探针到样品的距离下，具有标准隔振功能的标准光学平台通常也足以进行不失真的测量。但是，如果可能，请勿将振动源直接放在光学平台上。只要与微探针之间有足够的距离，机械斩波器通常就不重要。

9.       我们希望在测量过程中保持样品固定，可以移动微探针吗？

原则上是可以的，但是光激发光束当然需要跟随（例如，通过使用光纤）。除非样品非常大，否则通常是移动样品并将微探针保持在固定位置是较稳定且具成本效益的解决方案。

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我们很高兴回答您有关太赫兹线栅偏振片功能和使用的任何问题。首先我们在下面列出客户可能遇到的一些典型问题：

1.      太赫兹线栅偏振片的主要用途是什么？

       独立式（Free-standing）太赫兹线栅偏振片用作毫米和亚毫米波长辐射（例如在远红外波长或太赫兹频率范围内）的低损耗偏振元件。典型的应用包括用作中红外至毫米波长太赫兹辐射的线性偏振片，偏振干涉仪中的分束器或分光器，长波长辐射的耦合器以及可变衰减器或可变反射器。请注意，由于它们属于偏振元件，因此用作衰减器，反射器或耦合器时会在系统中优先引入偏振。

2.      什么是独立式（free-standing）太赫兹线栅偏振片？

        独立式（free-standing）线栅太赫兹偏振片由一排平行的细导线（直径通常为5-50微米）组成，并由框架围绕圆周固定支撑。此类线栅阵列将反射电场偏振平行于导线的入辐射，并透射电场偏振垂直于导线

的辐射。以此方式，线栅在透射和反射中均作为偏振元件。

3.       独立式（free-standing）太赫兹偏振片工作原理是什么？

      该问题已在文献中得到了彻底解决，有关更详细的答案，请参考Hecht（1987）。独立式太赫兹线栅偏振片工作的基本原理是基于入射的电磁辐射如何与线栅相互作用，这取决于相对于栅取向的电场偏振平

面。对于电场偏振平行于线栅的导线元件的情况，入射辐射将导致导线中的自由电子沿其长度振荡。这种相互作用导致通过焦耳热的再辐射和能量的一些消散，正向的再辐射波抵消了透射波，反方向的再辐射

表现为反射辐射。以此方式，入射波的平行分量被从透射的辐射中剥离，并且表现为反射波。在导线直径较小的情况下，鉴于无法使自由电子沿该方向流动，入射辐射的正交偏振分量不会以相同的方式与导线栅格相互作用。因此，在没有任何反射的情况下，正交偏振分量被栅格完全透射。为了使该过程有效的工作，导线之间的空间必须小于辐射的波长。这样，线距限制了太赫兹线栅偏振片的较低波长性能，并且太赫兹线栅偏振片的性能存在一定的波长依赖性。

4.       为何钨丝用作太赫兹线栅偏振片？

在商业上可获得的材料中，钨丝被认为可为太赫兹线栅偏振片提供有利的特点，它主要具有的是：

-高抗拉强度，可将导线牢固地固定在整个支撑框架上；

-良好的导电性，这是线栅偏振选择性的必要先决条件；

-优异的耐腐蚀性，可使偏振片在可接受的时间内继续工作。

单色超快激光成丝产生太赫兹辐射机理

1 单色超快激光与气体介质作用成丝辐射太赫兹波的机制

相比太赫兹光整流和光导天线太赫兹源的方法, 超快激光与气体介质作用成丝产生太赫兹波的方法不受介质损伤阈值的限制, 使用起来更加方便。目前超快激光成丝产生太赫兹波主要是, 通过单色激光场与气体介质相互作用和双色激光场与气体介质相互作用, 这两种方法产生太赫兹波的机理各不相同，用单色超快激光场与气体介质作用形成等离子体产生太赫兹波的装置, 实验中使用0.8μm波长的飞秒激光通过聚焦透镜Lens(f1)形成等离子拉丝, Z终辐射出径向偏振的太赫兹波；另外四波混频模型产生太赫兹辐射的一般实验装置图, 实验中同样使用0.8μm波长的线偏振飞秒激光作为基频的激发光, 二倍频偏硼酸钡晶体(BBO)用于产生二倍频激光即0.4μm波长激光, 飞秒激光依次通过聚焦透镜Lens(f2)和BBO, 与气体介质相互作用产生等离子体拉丝, Z终得到线偏振太赫兹波。

2 提高太赫兹辐射效率的若干方法

单色超快激光与气体介质作用产生太赫兹辐射效率的提高有很多方法, 在单色激光诱导形成拉丝的基础上, 可以通过在拉丝周围外加纵向电压、外加横向电压、双拉丝等方法获得更强的太赫兹波。这些方法不需要复杂的光学元件和光学晶体, 不需脉冲之间的精确对齐或相位调整, 因此这些方法可以运用到更多的太赫兹技术应用中。除此以外, 这种简单装置产生的太赫兹源可以被放置在远距离目标上, 能够有效解决太赫兹波在远距离传输中空气中水蒸气对太赫兹波吸收严重这一问题, 可以为接下来更多的探究奠定一定的基础。

2.1 在拉丝周围外加纵向电压提高太赫兹波的辐射效率

对于纯粹的渡越-切仑科夫辐射, 拉丝内部激光脉冲形成的有质动力产生了一个静电场, 外加纵向电场可以与该静电场叠加, 达到增大太赫兹辐射的效果。在单色激光诱导的拉丝上加纵向电压, 即利用脉冲能量一定的单色激光, 通过聚焦形成等离子体拉丝, 并利用两个尺寸不同的电极给拉丝两端加上横向电压。在拉丝周围外加纵向电场可以使太赫兹波的能量增大三个数量级, 增大之后的太赫兹波的偏振状态和不加电场时的状态是一样的; 在拉丝周围外加横向电场的方法同样可以使得太赫兹波能量增加三个数量级, 但增强后的太赫兹脉冲的辐射角度和偏振状态均有一些改变。

2.2 产生单色场双拉丝来提高太赫兹波的辐射效率

在单色激光诱导形成拉丝的基础上, 采用双拉丝的方法可以使得太赫兹辐射增大一个数量级, 增强后的太赫兹波的发散角度和偏振状态都有所改变, 即通过使用了两条飞秒激光脉冲, 分别在空气中形成两条重叠的拉丝, 并认为diyi个和第二个脉冲分别经过渡越-切仑科夫辐射产生太赫兹波, 然而有趣的是, Z后产生的太赫兹信号比两个脉冲单独形成的太赫兹波信号相加的和至少大了一个数量级。这种方法一般适用于初始光的强度较弱的情况, 当初始光过强时反而不能增强, 即如果通过产生单色场双拉丝的方法来提高太赫兹波的辐射效率, 那么对于初始光要有一定的限制, 具体的限制需要根据实验装置的参数来定。对比之前的放射状偏振, 放大后的太赫兹波几乎是严格线性偏振的, 其偏振方向并不依赖激光脉冲的偏振状态, 它Z大的辐射强度沿着激光传播的方向。

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面向Beyond5G/ADAS应用场景评估分析频率特性的解决方案

      这是Advantest太赫兹光学采样分析系统的一个选项。它适用于评估无线电波吸收器、印刷电路板材料、聚合物材料等的频率特性，这些材料是下一代无线通信技术（后5G/6G）和用于ADAS（高级驾驶员辅助系统）的毫米波雷达所不可或缺的。可评估毫米波至太赫兹波段，各种材料的传输特性（透射率、反射率）和复介电常数。

    通常在评估各种材料在毫米波和高频段区域的传输特性（透射率、反射率）和复介电常数的时候我们会用到矢量网络分析仪 (VNA)* ，而如今随着5G技术的广泛应用和衍生技术的迭代更新，对于在更宽的带宽上评估这些特性的需求变得更为迫切。同时在使用VNA评估这些特性时需要设置和校准每个频段，故此带来的时间和精力消耗引发了一系列的问题。

      TAS7400TS太赫兹光学采样分析系统新增-高分辨率配件。新配件为无线电波吸收材料和基材的高频特性评估提供了开创性的测量方法，这对于后5G / 6G的下一代通信技术和ADAS（高级驾驶辅助系统）中使用的毫米波雷达技术而言是很重要的。

   在新配件的加持下，用户可以通过使用紧凑的光学采样系统获得的更具优势的测量环境进行测量，从而节省成本和空间。此外，TAS7400TS的扫描测量配件可以分析表面频率特性，而此次新配件的频率分辨率和扫描速度是以前产品的5倍，使其成为了评估新材料高频特性的优良解决方案。

系统配置建议（30 GHz 至2 THz）

可利用紧凑型设备来测定从毫米波到太赫兹波的电磁特性

● 实现380MHz高频率分辨率

● 不需要VNA那样切换扫频波段，一次实现宽带宽 （30GHz~2THz） 的测定

● 40ms的扫描速度对宽带宽进行扫描

● 系统配有透射/反射测量模块，更容易校准设备

● 通过远程编程功能就能实现二维扫描测量

*

矢量网络分析仪（VNA）是通过测量网络各个端口对频率/功率扫描测试信号的幅度与相位响应，从而测量器件网络特性的仪器，它结合了频谱分析，信号发生以及信号分离等各项技术。应用于芯片测试，微波器件，材料科学，电子通信等基础性行业和领域。

上海五铃光电科技有限公司

地址：上海市宝山区共和新路4995号3号楼2113室

       3月23日上午，新光智源集团分公司青岛青源峰达太赫兹科技有限公司举行“太赫兹-洞微·知物”QT-TS1000高精度太赫兹时域光谱系统产品发布会，并进行线上同步直播。ZG工程物理研究院流体物理研究所相关专家作为场外嘉宾参加了发布会。

       发布会上，公司产品经理刘平安先生、产品研发ZX总监刘永利先生、营销ZX市场代表陈延鹏先生分别做《QT-TS1000高精度太赫兹时域光谱系统性能指标及应用》、《高精度太赫兹时域光谱系统》、《以客户为ZX 铸太赫兹辉煌》的发言。

       公司首席科学家李泽仁先生、公司总工程师朱礼国博士、公司创始人朱新勇先生先后致辞，对青源峰达diyi款产品上市并交付中科院某自动化研究所表示祝贺！

       青源峰达是由青岛盛瀚色谱技术有限公司和ZG工程物理研究院流体物理研究所共同合作成立的高科技产业公司，注册资本5000万元，致力于THZ领域的技术发展与应用市场开发，未来将努力成为国内外yi流的THZ产品制造商/品牌商。

· Rainbowphotonics应用说明

· 宽带太赫兹的产生与探测

· 广泛可调和窄带THz源

· THz波的应用

      人们对太赫兹电磁辐射的兴趣源于这些射线与物质之间独特的相互作用，这种作用可以在各种应用中得到利用。太赫兹波激发材料的分子振动和晶格振动，这使得太赫兹辐射在光谱学和材料识别中非常有趣。太赫兹辐射是非电离的，对水和水合状态非常敏感，对非极性物质如不导电聚合物、纸张、包装材料等透明。因此，材料的不规则性、缺陷、外壳，用太赫兹辐射是看不到的。因此，THz辐射具有很高的无损检测潜力。

有几种技术可以产生太赫兹辐射，我们开发了新型的有机晶体THz发生器，其优化的性能使其成为GX产生和检测太赫兹辐射的理想材料。基于这些有机晶体材料，我们开发了袖珍的THz时域光谱系统:

1) TeraSys®- ULTRA，具有超宽的THz带宽，可用于光谱和成像，可高达20 THz，每秒可实时采集4个光谱。

2) TeraSys12®，具有宽THz带宽的光谱学和成像高达12 THz；改进的检测，允许每秒实时获取4个光谱。

3) TeraSys®- AiO，提供高达20 THz的带宽

4)TeraSys®，高达12 THz

5) TeraIMAGE®，用于高达14 THz或20 THz的传输和成像，检测速度为每分钟3个光谱。我们还开发了一种独特的可调单频THz源，TeraTune®，具有非常宽的可调范围1-20 THz和窄线宽< 100 GHz。

太赫兹辐射

电磁波谱的太赫兹范围位于高频电子(微波)和长波光子学(红外光)之间。

太赫兹辐射很容易通过黑体辐射的方式获得，但将信号与自然背景分离是一个挑战。在这个所谓的“THz频率间隔”上下产生电磁波的技术有好几种。电子技术可用于产生频率高达0.5 THz左右的波(主要是通过低频源的电子倍频)。从0.3到3 THz的Auston开关是非常流行的源。非线性光学技术(光学整流和差频产生)可以用来覆盖0.3到50 THz之间的频率范围，量子级联激光器大约在20 THz到100 THz之间。

宽带太赫兹源

      大多数宽带THz源是基于不同材料在飞秒范围内的超短激光脉冲的激发，光传导和光学整流是产生宽带THz脉冲的两种常见的方法。光学方法用于宽带太赫兹源的产生，由于激光技术的不断进步，这些方法是近20年来发展较为迅速的。

       在光导方法中，飞秒激光利用电场载流子加速在光导开关或半导体中产生超快光电流。由于半导体中载流子寿命的固有限制，可实现的带宽被限制在几个THz以内。光学整流是脉冲太赫兹产生的另一种机制。也使用飞秒激光，太赫兹辐射的能量直接来自于激发的激光脉冲。在这种情况下，除了泵浦激光的参数外，转换效率主要取决于光电系数和材料的相位匹配条件的距离。

       在光学整流中，高强度超短激光脉冲通过透明晶体材料，透明晶体材料在不施加任何电压的情况下发出太赫兹脉冲。图2显示了使用有机晶体发生器DAST或DSTMS的脉冲飞秒激光进行光学整流的原理图。在这种非线性光学过程中，非线性材料在高光强下迅速电极化。这种变化的电极化发出太赫兹辐射。由于激光脉冲电场的快速振荡被整流，只剩下振荡的包络，故称为整流。由于介质吸收低，极化瞬间遵循脉冲包络暗示几乎没有限制的速度极化可以开启和关闭,即没有内在限制带宽的光电导天线。

产生太赫兹的材料

由于有机材料与无机材料相比具有更大的非线性光学灵敏度和速度匹配，因此利用有机材料作为THz发生器可以获得更大的功率级，但受到材料损伤阈值的限制。

表中显示了与无机晶体相比，好的有机晶体以及电光聚合物LAPC的THz波产生的相关的材料参数。从表中可以看出，有机晶体OH1、DSTMS和OH1的质量分数较大。在平均光泵波长上，当THz折射率nTHz接近群折射率ng时，相位匹配是可能的。这种相位匹配通常被称为群速度匹配，通常用于飞秒泵浦激光器的光整流产生宽带THz波。

无机电光材料，如LiNbO3离Z佳相位匹配条件还很远，只能在特殊配置下使用。因此，虽然具有较低的电光系数和优点，但常用的半导体电光材料，如ZnTe，因为它们可以操作接近相位匹配。有机材料结合了高质量和速度匹配的可能性，因此我们选择了这些材料来制作我们的仪器。有机晶体DAST、DSTMS和OH1在波长1200-1600 nm范围内对飞秒激光光源的相位匹配更佳，这使得它们对于袖珍桌上型THz仪器非常有吸引力。它们还可以在宽范围的THz频率范围内进行接近速度匹配的操作，使低功率飞秒激光源实现产生宽带THz成为可能。显示了一个使用TeraSys®- ULTRA在有机晶体DSTMS中生成宽带THz场的例子，与使用微型的飞秒光纤激光源的半导体天线生成的场相比。

在有机晶体DSTMS (TeraSys®- ULTRA)中使用飞秒泵浦激光器和THz时域光谱学产生的THz脉冲的频率函数和典型的PC天线范围内的THz场振幅。

有机THz发生器和探测器

太赫兹发生器和探测器是在瑞士的彩虹光子学工厂生产和光学准备的。彩虹光电股份有限公司是世界上唯yi的有机单晶THz发生器的商业生产商。

我们的THz发生器的更好的应用范围：泵浦激光器的波长范围在1200-1600nm是更合适的。当使用光整流时，脉冲越短，产生的THz带宽越大。

探测：在太赫兹时域光谱学中，可以使用常见的技术来检测有机晶体中产生的太赫兹信号。为了在较宽的THz范围内达到更佳的检测效率，同样的有机材料也可以用于电光检测，使用与标准电光采样不同的原理，而标准电光采样于光学各向同性材料。对于有机晶体(或其他双折射材料)，THz感应的透镜可以使用与电光采样类似的灵敏度。

太赫兹时域光谱和成像：TeraSys®- ULTRA和TeraIMAGE®

TeraSys®- ULTRA为光谱和成像提供市场上超宽的THz带宽，并为实时、THz成像和光谱提供Z终解决方案。它是一个微型的太赫兹仪器寻址：在太赫兹(THz)频率实时感应、检测、分析和处理方法。它是基于有机晶体，允许使用的太赫兹频率高达20太赫兹，这是传统天线所不能达到的，它具有每秒4个光谱的实时采集功能。TeraSys12®提供了一个THz带宽高达12 THz的实时采集。

TeraSys®- ULTRA中的THz检测是使用特殊的光学和电子元件(细节是保密的)进行优化的，因此可以使用相对低功率的飞秒光纤激光器实现高信噪比。时域THz信号及其频谱的一个例子如图所示，它具有每秒4个光谱的采集时间。

在TeraSys®- ULTRA中使用0.45 mm厚的DSTMS晶体来产生和检测THz，并使用一个脉冲长度为20 fs的泵浦激光器，平均功率为120 mW，能量/脉冲为3.5 nJ。

TeraIMAGE®THz时域光谱仪具有成像选项，除了与TeraSys®相同的光谱部分外，还包括成像部分，该部分具有所有必要的机械控制和数据采集软件，用于扫描50 x 50 mm2以下的物体(可根据要求提供更大的尺寸)。

光学图像(由普通相机拍摄)和太赫兹图像(由TeraIMAGE®拍摄)，显示一块具有视觉上缺陷不可见的塑料

使用TeraIMAGE®检测UHMWPE(超高分子量聚乙烯)中的隐藏洞的THz图像

窄带可调谐太赫兹源：TeraTune®

许多材料不仅在高达约3 THz的THz范围内都表现出特定的吸收特性（指纹），因为光电导天线可以达到该范围，但也高于上面的范围，因此进行了广泛的研究，请参见下表。水蒸气的吸收导致在空气中的衰减，这限制了大约10 THz以下的应用可能性范围变得更小（在18 THz时达到四个数量级），这使得高达20 THz扩展THz的范围引起了关注。

空气中THz辐射的衰【来自Appleby等人，IEEE 2007】。在10 THz以上，空气中的衰减明显小于10 THz以下。这开辟了广泛的新应用可能性，如远程成像和遥感。

在某些应用中，窄带内的高THz波束功率比宽带脉冲更可取。宽带产生技术产生的总太赫兹功率分布在脉冲的频谱范围内；因此，任何特定频率下的功率密度本来就很低。为了在一定的THz频率下获得合理的转换效率，shou选具有高波束峰值功率的窄带脉冲输出。

TeraTune®一个可调谐的窄带THz源，窄线宽小于100 GHz，调优范围为1-20 THz。2012年，彩虹光电将这一独特的THz光源引入市场，它是基于有机THz发生器DSTMS和OH1中纳秒脉冲的差频产生。合适的红外泵浦光脉冲是在一个独特设计的双波长OPO(光参量振荡器)中产生的，该光参量振荡器可在1330-1480 nm范围内进行调谐，产生两个频率差在THz范围内的窄带纳秒脉冲。波长可以通过角度调整OPO晶体来调整，OPO晶体由相应的软件控制。为了在不同的THz频率下获得更好的效率，发生器晶体可外接开关。

    高THz峰值功率超过30 W使用OH1产生晶体可以达到1.25 THz，使用1毫米厚DSTMS晶体的可调谐谱如图所示。

TeraTune®:可调(1-20 THz)窄线宽(<100 GHz) THz源

使用1毫米DSTMS THz发生器的TeraTune®调谐曲线。在某些频率，可达到的THz峰值功率较低，这可能是由于产生材料本身对THz的吸收，也可能是由于相位匹配不完善。产生晶体相对较厚(1mm)，因此产生相位匹配的地方可以获得较高的效率。

THz波的应用

太赫兹波的某些应用与这些波的独特性质有关，以激发“Reststrahlen”范围内的分子振动和晶格振动。此外，太赫兹波显示出低吸收性，并通过大多数非导电的均质塑料、纸张、卡通、大多数衣服等传播，因此可以检测到隐藏的有害物质。因此，除了材料的太赫兹光谱外，这些波还可能对安全性应用有用，而且还可用于识别非导电材料中的缺陷。对于导电和部分导电的材料，太赫兹光谱可以深入了解这些材料中电荷传输的机理。在这里，我们给出了太赫兹光谱的一些示例，并说明了使用有机非线性光学材料产生和检测太赫兹波的材料测试。

(a)     显示了使用THz时域光谱测量的几种爆 炸 物的THz光谱。

(b)    显示了隐藏在两个特氟龙板后面的Semtex炸 药样品，可以看到;光波(左)和THz波(右，炸 药:绿色;右上角的黄色区域对应于左图中的红色贴纸)。

(c)     显示了隐藏在一个信封中的蜡样芽孢杆菌(炭疽)样本的图片和THz图像。

(d)    显示了一堆透明胶片的光学和THz图片，其中标签“ ETH”已在其中一张透明胶片中被切掉（可见光看不到），并且由于相位的原因，其THz透射图像给出了完整的对比度图像，切除区域中太赫兹波的偏移（“缺陷”）。 第二张图片显示了如何通过太赫兹波使嵌入塑料中的金属缺陷或夹杂物（带有“ NLO”符号的金属线）可见。Z后一幅图显示了一块塑料上的一个空洞，

(e)     显示了隐藏在信封中的信 用 卡上的信 用 卡号码。

(f)      显示了带有和不带有缺陷的聚乙烯样品的THz反射图像示例。可以在3D中以小于10μm的分辨率显示这些空隙，低于波长（纵向）分辨率的原因在于，可以非常精确地确定反射波的相移和时间分辨率。

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新型砷化镓等离子体太赫兹探测器：新的发现增强了频率响应优化的能力

TERASENSE推出一项新的太赫兹成像技术，这在某些方面很不寻常的是它与半导体测辐射热计和外差探测器都没有关系。我们的技术是基于制造像素的砷化镓半导体，而像素本身代表高速等离子体太赫兹探测器，与其他类型的传感器不同，它能够在室温环境下工作。

当然，跟其他领域一样，太赫兹成像技术知识没有边界，还有更多东西有待发现。拥有先进的研究实验室的TERASENSE科学家们一直在不断努力学习有关其产品的更多信息，并且Z近取得了如下所述的另一项突破。

我们的许多客户已经知道，我们的太赫兹传感器阵列/成像摄像机中使用的太赫兹检测器是宽带类型的，这使他们能够在50 GHz至700 GHz整个认证范围内拾取辐射。 但是，我们的探测器的灵敏度（即测得的频率响应）不是单调的，因此不代表连续曲线。 由于检测器的检测器基板（即内部的晶体）内部存在辐射干扰，因此其响应度由多个峰和滴组成。 这是我们的新想法，并始终告诉客户，我们的专家可以在制造阶段调整响应度曲线中Z大值的位置，以与客户喜欢的频率相匹配。

除此之外，并以此为基础，Igor Kukushkin教授带领了一批均有固态物理学博士学位的年轻科学家Z近开展了一项研究项目，旨在更深入地研究我们的单像素GaAs等离子体激元太赫兹检测器在各种次太赫兹频率上的振荡行为。 结果，他们在THz检测器的基板厚度与在某些频率下可以达到的实际频率响应和灵敏度Z大值之间建立了明确的依存关系。

他们的研究表明，由检测器基板内部的电磁波干扰引起的这种频率依赖性可以有效地用于简单地通过调整基板厚度来优化所需的工作频率。 它既适用于作为离散元件的单像素（点）太赫兹检测器，又适用于我们的传感器阵列/太赫兹成像相机（作为一组点检测器）。 这里发布的图片显示了一些频率响应随基片厚度变化的关键图。

而且，他们的研究表明，安装在这种单像素太赫兹检测器上的半球形硅透镜可以有效地YZ基板内的干扰，因此，这可以帮助我们获得更均匀和可预测的频率响应。

下图显示了用于测量我们的点THz检测器的频率响应的实验设置的元素。 我们使用了一些BWO信号源来生成65 GHz–384 GHz和530–710 GHz频率范围内的CW测试信号。在384 GHz - 530 GHz之间的频率跨度没有被检测仅仅是因为缺乏相应的连续波源，但我们的研究人员认为，我们的THz探测器在该领域仍然是敏感的。欢迎您仔细阅读我们在上发表的新型的GaAs等离子体激元太赫兹检测器的频率响应的优化（A.V.Shchepetilnikov等人）的文章，该文章于2019年11月12日在Springer Science（Springer Nature 2019的一部分）上在线发布。（光学和量子电子（2019）51：376 https://doi.org/10.1007/s11082-019-2093-4）

这项发现的实际含义很难被高估，因为它将有助于改进THz成像技术，以用于诸如工业NDT中的实时THz成像以及安全性筛选和电信等应用领域。由于我们的技术采用了广泛用于半导体生产的标准工艺以进行批量生产，因此我们可以要求合理的价格并确保高性能和快速响应率。毫无疑问，我们科学家的成就将帮助我们更好地满足客户未来的需求，并简化我们产品的开发过程。

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