3、太赫茲時域光譜技術(shù)原理

3.1、透射式太赫茲時域光譜技術(shù)

如圖2所示，在時域光譜系統(tǒng)中可測得含有樣品信息的太赫茲透射脈沖Esam（t）和不含樣品信息的參考脈沖Eref（t），然后分別對它們進(jìn)行傅立葉變換，將它們轉(zhuǎn)換到頻域中的復(fù)值Esam（w）和Eref（w），可求出它們的比值為：

3.2、反射式太赫茲時域光譜技術(shù)

反射式THz-TDS系統(tǒng)在實驗技術(shù)上要求比較高。這是因為掃描參考信號時，樣品架的位置應(yīng)該放上與樣品的表面結(jié)構(gòu)基本一樣的金屬反射鏡，而且要求反射鏡的位置和樣品的位置嚴(yán)格復(fù)位。這就加大了樣品、樣品架及用作參考的金屬反射鏡的制作難度。它的參數(shù)提取方法與透射式系統(tǒng)相比也有共通之處。

3.3、其他探測方法

另外，THz-TDS技術(shù)還包括泵浦探測技術(shù)以及基于連續(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激發(fā)產(chǎn)生的太赫茲脈沖輻射方法。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(qiáng)度或極化強(qiáng)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)可以用于研究量子結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體表面、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，研究樣品在超短強(qiáng)激光脈沖激發(fā)下的反應(yīng)函數(shù)，該項技術(shù)是基于透射式光譜系統(tǒng)發(fā)展而來的，所不同的是在樣品上加一束激發(fā)光。此項技術(shù)可成功地用于半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、和液體中載流子動力學(xué)的研究。

4、太赫茲時域光譜技術(shù)的應(yīng)用

THz-TDS技術(shù)可以用來研究平衡系統(tǒng)和非平衡系統(tǒng)。對于平衡系統(tǒng)，主要是獲取材料樣品在太赫茲波段的復(fù)折射率;而對于非平衡系統(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(qiáng)度或極化強(qiáng)度的瞬態(tài)變化。根據(jù)不同的樣品、不同的測試要求可以采用不同的探測裝置。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THz-TDS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。

5、總結(jié)和展望

太赫茲時域光譜系統(tǒng)技術(shù)作為一種新興的太赫茲技術(shù)，由于其獨(dú)有的優(yōu)點，使其在近十年間得到了快速的發(fā)展及廣泛的應(yīng)用。但是目前THz-TDS技術(shù)的光譜分辨率與窄波段技術(shù)相比還很粗糙，其測量的頻譜范圍也比傅立葉變換光譜（FTS）技術(shù)小。提高光譜分辨率和擴(kuò)大測量頻譜范圍將是未來THz-TDS技術(shù)發(fā)展的主要方向。同時，現(xiàn)有的太赫茲時域光譜系統(tǒng)及成像系統(tǒng)的設(shè)備不僅價格昂貴，信息處理過程也很復(fù)雜，有待于進(jìn)一步實用化。隨著激光器成本的降低，更高效的太赫茲發(fā)射器和探測器的出現(xiàn)，以及更先進(jìn)的光學(xué)設(shè)計，THz-TDS技術(shù)將有著廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景。為了在現(xiàn)場應(yīng)用太赫茲技術(shù)，還要使太赫茲系統(tǒng)向微型化發(fā)展.