太赫兹时域光谱.pptx

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1、太赫兹时域光谱&太赫兹在物理学中的应用太赫兹时域光谱太赫兹时域光谱技术的优势太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术特性：（1）THz-TDS系统对黑体辐射不敏感，在小于3太赫兹时信噪比可高达104，其稳定性也比较好。（2）由于THz-TDS技术可以有效的探测材料在太赫兹波段的物理和化学信息，所以它可以用于进行定性的鉴别工作，同时它还是一种无损探测的方法。（3）利用THz-TDS技术可以方便、快捷的得到多种材料如电介质材料、半导体材料、气体分子、生物大分子（蛋白质、DNA等）以及超导材料等的振幅和相位信息。（4）在导电材料中，太赫兹辐射能够直接反映载流子的信息，T

2、Hz-TDS的非接触性测量比基于Hall效应进行的测量更方便、有效。而且，THz-TDS技术已经在半导体和超导体材料的载流子测量和分析中发挥出了重要的作用。（5）由于太赫兹辐射的瞬态性，可以利用THz-TDS技术进行时间分辨的测量。另外，THz-TDS技术还具有宽带宽、探测灵敏度高，以及能在室温下稳定工作等优点，所以它可以广泛地应用于样品的探测。太赫兹时域光谱系统THz-TDS系统可分为透射式、反射式、差分式、椭偏式等，其中最常见的为透射式和反射式THz-TDS系统。典型的太赫兹时域光谱系统典型的THz-TDS系统主要由飞秒激光器、太赫兹辐射产生装置及相应的探

3、测装置，以及时间延迟控制系统组成。飞秒激光脉冲经过分束镜后被分为泵浦脉冲和探测脉冲，前者经过时间延迟系统后入射到太赫兹辐射产生装置上激发产生太赫兹脉冲，后者和太赫兹脉冲一同共线入射到太赫兹探测装置上，以此来驱动太赫兹探测装置。而后通过控制时间延迟系统来调节泵浦脉冲和探测脉冲之间的时间延迟，最终可以探测出太赫兹脉冲的整个时域波形。然后通过傅立叶变换就可以得到被测样品的吸收系数和折射率等光学参数。其他探测方法THz-TDS技术还包括太赫兹发射光谱技术以及泵浦-探测技术，还有基于连续波（CW）太赫兹辐射的互相关THz-TDS技术。太赫兹发射光谱技术是直接探测由样品所

4、激发产生的太赫兹脉冲辐射。由前文可知，样品在被超短飞秒脉冲激发之后所辐射出的太赫兹脉冲包含了关于瞬态电流强度或极化强度的信息。通过直接测量太赫兹脉冲辐射可以研究样品中的超快过程，从而得到样品的各种性质。这种技术用于研究量子结构、半导体表面、冷等离子体、磁场在载流子动力学中的影响等等。泵浦-探测技术是利用延迟的太赫兹脉冲来探测样品，研究样品在强超短激光脉冲激发下的反应函数。该项技术是基于透射式型谱系统发展而来的，所不同的是在样品上加上一束激发光。利用此项技术可以成功的研究半导体、超导体、和液体中的载流子动力学。太赫兹时域光谱技术的应用THz-TDS技术可以用来研

5、究平衡系统和非平衡系统。平衡系统主要是获取材料样品的在太赫兹波段的复折射率。非平衡系统主要是通过研究太赫兹脉冲的波形来获取材料样品中的电流强度或极化强度的瞬态变化。另外，正如前文所述，利用THz-TDS技术还可以研究半导体电性的非接触特性、铁电晶体和光子晶体的介电特性、生物分子中小的生物分子之间的分子间相互作用以及生物大分子的低频特性等等。而基于太赫兹时域光谱技术的太赫兹时域光谱成像技术更有其广袤的应用领域和美好的应用前景。太赫兹在物理学中的应用发展机遇太赫兹不仅在量子相干和量子控制实验中占有重要的位置，而且它还是研究局部效应（localizationeffe

6、ct）、非线性光学中的单周期脉冲等基础光学物理的理想之选。目前，随着高分辨率的连续波测量和时域测量等太赫兹光谱技术的逐步提高，在很大程度上扩展了太赫兹在天体物理和大气科学中的应用范围。此外，太赫兹技术还可以研究在极端条件下如火焰、等离子体中的物质。随着超快光学的不断发展，人们利用太赫兹光谱技术来控制和表征在亚波长、压皮秒量级的电磁场的能力也不断增强。随着太赫兹脉冲强度和带宽的不断增加，研究人员相信该领域必将出现很多新的机遇。例如，在高于1MV/cm的场强中，太赫兹脉冲不仅能够进行探测，而且还能激发气相和溶液中的离子态。从而可以对一些基础性问题进行研究，如溶液中

7、太赫兹活性分子（THz-activemolecules）的溶剂环境。太赫兹技术还为识别周围环境中复杂的有机分子提供了新的方法。利用整形过后的强太赫兹脉冲可以来研究经典量子通信、量子算法、量子局域化以及量子混沌等许多量子问题。太赫兹在光物理中的基础研究随机介质中的电磁波传播利用光子研究随机介质中的安德森局域化问题是光物理中的一项长期的研究。到目前为止，人们只在微波频段观察到了这种效应。在太赫兹波段，人们可以得到材料很好的光学特性。例如，人们可以获得很高的介电常数（金属锗的n约等于4）。因此，在太赫兹频段很容易能够观察到三维随机介质中的局域化效应。正是因为太赫兹有

8、众多的特性，所以它是研究重散射波和波漫