太赫兹时域光谱系统

应用场景：

(1) 太赫兹波段光子功能材料和器件研究;

(2) 光电导天线太赫兹辐射与探测性能研究;

(3) 太赫兹波段非极性材料光谱特性与成像识别研究；

(4)被动太赫兹成像技术等方面研究

 

 

产品概述

太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）是一种新型光谱测量手段，该技术起源于20世纪80年代，

由美国ATT通信公司的Bell实验室和美国IBM公司的T. J. Watson研究中心提出并发展起来的，

其原理如同迈克尔逊干涉仪，首先是用超快飞秒激光照射在太赫兹发射源上辐射出太赫兹波，

有太赫兹源之后，通过合理的光路设计，使太赫兹波穿过样品从而携带上样品信息，此时

探测到的信号叫样品信号；相应的在空间中传播等距离没有穿过样品的太赫兹信号称其为

参考信号。太赫兹时域光谱探测的太赫兹波形同时包含电场的幅值和相位信息，这样通过

分析比对未穿过样品的太赫兹波和穿过样品后带有样品信息的太赫兹波信号，就可以得到

物质的复折射率、介电常数和吸收系数等参数。

本系统是利用飞秒光激发半导体砷化铟（InAs）从而产生太赫兹波源的方法。由于利用

发射晶体辐射出的太赫兹功率十分小，因此，为了探测这样微小的太赫兹信号，这里采用

电光取样技术来探测太赫兹波，电光取样因其时间响应依赖于系统搭建时采用的电光晶体

的非线性特性，所以这种电光取样的方法具有很高的探测带宽。在众多探测晶体中，ZnTe

晶体的灵敏度、稳定性以及测试带宽等方面性能优异，所以本系统探测晶体选取碲化锌来

探测太赫兹波。

电光取样技术的原理如下图，当没有太赫兹波照射到电光晶体碲化锌（ZnTe）上时，首先

旋转四分之一波片使探测飞秒激光由线偏振光转为圆偏振光，然后圆偏振光通过渥拉斯顿

棱镜后分解为水平偏振和垂直偏振的两束光，因为圆偏振光分解之后两束光光强相等，所以

光束打在硅基光敏二极管后，产生的光电流等大，差分光电流为0μA；但当有太赫兹波和探测

激光光束同时照射到电光晶体碲化锌上同一区域时，太赫兹波会改变电光晶体的折射率椭球

，这样探测的线偏振激光经过改变折射率后的电光晶体变成椭圆偏振光，椭圆偏振光经过四分

之一波片和渥拉斯顿棱镜后，分出的两束正交偏振光将不再等大， 导致差分探测器所探测到

的差分光电流也不再为零，这种差分电流的大小正比于太赫兹电场，所以通过差分电流的大小

间接反向推导出THz脉冲关于时间的波形，所以用电光取样可以间接探测太赫兹波的电场强度。

 

                真空太赫兹光谱系统光路设计图

因为水分子对太赫兹波有着很强的吸收作用，所以太赫兹脉冲在空气中传播的同时会损失某些特定

频率的能量，导致探测的太赫兹信号强度变小，信噪比也会下降。因此进行太赫兹光谱测量，要设计

一个箱子将太赫兹光路部分罩起来，往里面冲入氮气来排除内部水蒸气，以达到减少水蒸气对太赫兹

吸收的目的。本系统采用机械泵抽真空的办法，将上述太赫兹光路部分放入真空室里面，将空气全部

抽出，达到去除水蒸气的目的,这样得到的太赫兹光谱更光滑。

            真空太赫兹时域光谱系统实物图