太赫茲時域光譜.pptx

《太赫茲時域光譜.pptx》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、太赫茲時域光譜&太赫茲在物理學(xué)中的應(yīng)用太赫茲時域光譜太赫茲時域光譜技術(shù)的優(yōu)勢太赫茲時域光譜（THz-TDS）技術(shù)特性：（1）THz-TDS系統(tǒng)對黑體輻射不敏感，在小于3太赫茲時信噪比可高達(dá)104，其穩(wěn)定性也比較好。（2）由于THz-TDS技術(shù)可以有效的探測材料在太赫茲波段的物理和化學(xué)信息，所以它可以用于進(jìn)行定性的鑒別工作，同時它還是一種無損探測的方法。（3）利用THz-TDS技術(shù)可以方便、快捷的得到多種材料如電介質(zhì)材料、半導(dǎo)體材料、氣體分子、生物大分子（蛋白質(zhì)、DNA等）以及超導(dǎo)材料等的振幅和相位信息。（4）在導(dǎo)電材料中，太赫茲輻射能夠直接反映載流子的信息，T

2、Hz-TDS的非接觸性測量比基于Hall效應(yīng)進(jìn)行的測量更方便、有效。而且，THz-TDS技術(shù)已經(jīng)在半導(dǎo)體和超導(dǎo)體材料的載流子測量和分析中發(fā)揮出了重要的作用。（5）由于太赫茲輻射的瞬態(tài)性，可以利用THz-TDS技術(shù)進(jìn)行時間分辨的測量。另外，THz-TDS技術(shù)還具有寬帶寬、探測靈敏度高，以及能在室溫下穩(wěn)定工作等優(yōu)點，所以它可以廣泛地應(yīng)用于樣品的探測。太赫茲時域光譜系統(tǒng)THz-TDS系統(tǒng)可分為透射式、反射式、差分式、橢偏式等，其中最常見的為透射式和反射式THz-TDS系統(tǒng)。典型的太赫茲時域光譜系統(tǒng)典型的THz-TDS系統(tǒng)主要由飛秒激光器、太赫茲輻射產(chǎn)生裝置及相應(yīng)的探

3、測裝置，以及時間延遲控制系統(tǒng)組成。飛秒激光脈沖經(jīng)過分束鏡后被分為泵浦脈沖和探測脈沖，前者經(jīng)過時間延遲系統(tǒng)后入射到太赫茲輻射產(chǎn)生裝置上激發(fā)產(chǎn)生太赫茲脈沖，后者和太赫茲脈沖一同共線入射到太赫茲探測裝置上，以此來驅(qū)動太赫茲探測裝置。而后通過控制時間延遲系統(tǒng)來調(diào)節(jié)泵浦脈沖和探測脈沖之間的時間延遲，最終可以探測出太赫茲脈沖的整個時域波形。然后通過傅立葉變換就可以得到被測樣品的吸收系數(shù)和折射率等光學(xué)參數(shù)。其他探測方法THz-TDS技術(shù)還包括太赫茲發(fā)射光譜技術(shù)以及泵浦-探測技術(shù)，還有基于連續(xù)波（CW）太赫茲輻射的互相關(guān)THz-TDS技術(shù)。太赫茲發(fā)射光譜技術(shù)是直接探測由樣品所

4、激發(fā)產(chǎn)生的太赫茲脈沖輻射。由前文可知，樣品在被超短飛秒脈沖激發(fā)之后所輻射出的太赫茲脈沖包含了關(guān)于瞬態(tài)電流強度或極化強度的信息。通過直接測量太赫茲脈沖輻射可以研究樣品中的超快過程，從而得到樣品的各種性質(zhì)。這種技術(shù)用于研究量子結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體表面、冷等離子體、磁場在載流子動力學(xué)中的影響等等。泵浦-探測技術(shù)是利用延遲的太赫茲脈沖來探測樣品，研究樣品在強超短激光脈沖激發(fā)下的反應(yīng)函數(shù)。該項技術(shù)是基于透射式型譜系統(tǒng)發(fā)展而來的，所不同的是在樣品上加上一束激發(fā)光。利用此項技術(shù)可以成功的研究半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、和液體中的載流子動力學(xué)。太赫茲時域光譜技術(shù)的應(yīng)用THz-TDS技術(shù)可以用來研

5、究平衡系統(tǒng)和非平衡系統(tǒng)。平衡系統(tǒng)主要是獲取材料樣品的在太赫茲波段的復(fù)折射率。非平衡系統(tǒng)主要是通過研究太赫茲脈沖的波形來獲取材料樣品中的電流強度或極化強度的瞬態(tài)變化。另外，正如前文所述，利用THz-TDS技術(shù)還可以研究半導(dǎo)體電性的非接觸特性、鐵電晶體和光子晶體的介電特性、生物分子中小的生物分子之間的分子間相互作用以及生物大分子的低頻特性等等。而基于太赫茲時域光譜技術(shù)的太赫茲時域光譜成像技術(shù)更有其廣袤的應(yīng)用領(lǐng)域和美好的應(yīng)用前景。太赫茲在物理學(xué)中的應(yīng)用發(fā)展機遇太赫茲不僅在量子相干和量子控制實驗中占有重要的位置，而且它還是研究局部效應(yīng)（localizationeffe

6、ct）、非線性光學(xué)中的單周期脈沖等基礎(chǔ)光學(xué)物理的理想之選。目前，隨著高分辨率的連續(xù)波測量和時域測量等太赫茲光譜技術(shù)的逐步提高，在很大程度上擴展了太赫茲在天體物理和大氣科學(xué)中的應(yīng)用范圍。此外，太赫茲技術(shù)還可以研究在極端條件下如火焰、等離子體中的物質(zhì)。隨著超快光學(xué)的不斷發(fā)展，人們利用太赫茲光譜技術(shù)來控制和表征在亞波長、壓皮秒量級的電磁場的能力也不斷增強。隨著太赫茲脈沖強度和帶寬的不斷增加，研究人員相信該領(lǐng)域必將出現(xiàn)很多新的機遇。例如，在高于1MV/cm的場強中，太赫茲脈沖不僅能夠進(jìn)行探測，而且還能激發(fā)氣相和溶液中的離子態(tài)。從而可以對一些基礎(chǔ)性問題進(jìn)行研究，如溶液中

7、太赫茲活性分子（THz-activemolecules）的溶劑環(huán)境。太赫茲技術(shù)還為識別周圍環(huán)境中復(fù)雜的有機分子提供了新的方法。利用整形過后的強太赫茲脈沖可以來研究經(jīng)典量子通信、量子算法、量子局域化以及量子混沌等許多量子問題。太赫茲在光物理中的基礎(chǔ)研究隨機介質(zhì)中的電磁波傳播利用光子研究隨機介質(zhì)中的安德森局域化問題是光物理中的一項長期的研究。到目前為止，人們只在微波頻段觀察到了這種效應(yīng)。在太赫茲波段，人們可以得到材料很好的光學(xué)特性。例如，人們可以獲得很高的介電常數(shù)（金屬鍺的n約等于4）。因此，在太赫茲頻段很容易能夠觀察到三維隨機介質(zhì)中的局域化效應(yīng)。正是因為太赫茲有

8、眾多的特性，所以它是研究重散射波和波漫