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1、第23卷第3期山西大同大学学报(自然科学版)Vol.23.No.32007年12月JournalofShanxiDatongUniversity(NaturalScience)Dec.2007太赫兹时域光谱技术1,2*1孟田华,赵国忠(1.首都师范大学物理系,北京100037;2.山西大同大学物理与电子科学学院,山西大同037009)摘要:介绍了太赫兹时域光谱技术的优势,太赫兹时域光谱系统及太赫兹时域光谱技术的原理和应用.关键词:太赫兹电磁辐射时域光谱中图分类号:O433.2文献标识码:A文章编
2、号:1674-0874(2007)03-0014-04太赫兹时域光谱技术是最新的电磁波谱技术.通常所研究的THz辐射指的是频率在0.1作为近年来颇受关注的一个技术领域,太赫兹技术THz～10THz,即波长在30μm～3mm,波数在3.3-1-1在很多基础研究领域、工业应用领域、医学领域、军cm～330cm之间的电磁波段.现在,太赫兹时域事领域及生物领域中有重要的应用前景.光谱技术所发展的100GHz到3THz之间的线性电磁波谱技术作为人类认识世界的工具,扩光谱学,为物质探测提供了巨大的灵活性.近
3、十几展了人们观察世界的能力.人眼借助于可见光可以年来,由于超快激光技术的迅速发展,这为太赫兹欣赏五颜六色的世界,利用付利叶变换红外光谱脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源,使太赫[1,2]技术和拉曼光谱技术等可以了解分子的振动和转兹辐射的产生和应用得到进一步的发展.动等性质,利用X射线衍射技术可以了解物质的1太赫兹时域光谱技术的优势[1]结构信息.而太赫兹光谱技术作为新兴的光谱技术能够与红外、拉曼光谱技术形成互补,甚至在某目前,国际上对太赫兹辐射已达成如下共识,些方面能够发挥不可替代的作用,从而
4、成为本世即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源.纪科学研究的热点领域.太赫兹光谱技术不仅信噪太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域,给比高,能够迅速地对样品组成的微细变化做出分析技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个和鉴别,而且太赫兹光谱技术是一种非接触测量技非常诱人的机遇.它之所以能够引起人们广泛的关术,它能够对半导体、电介质薄膜及物体材料的物注、有如此之多的应用,首先是因为物质的太赫兹理信息进行快速准确的测量.光谱(包括透射谱和反射谱)包含着非常丰富的物12理和化学信息,所以研究物质
5、在该波段的光谱对太赫兹辐射(THz辐射,1THz=10Hz)在电磁波谱上位于微波和红外之间,属于远红外波段,如图于物质结构的探索具有重要意义;其次是因为太1所示.赫兹脉冲光源与传统光源相比具有诸如瞬态性、宽带性、相干性、低能性等很多独特的性质,利用太赫兹脉冲可以分析材料的性质,其中太赫兹时域[2]光谱(THz-TDS)是一种非常有效的测试手段.THz-TDS技术是太赫兹光谱技术的典型代表,出现于20世纪90年代,是一种新兴的、非常有效的相干探测技术.图1太赫兹波段在电磁波谱中的示意图THz-TD
6、S技术有如下一些特性:收稿日期:2007-10-10作者简介:孟田华(1980-),女,山西怀仁人,在读硕士,助教,研究方向:光电信息.*赵国忠,教授,通讯作者.2007年山西大同大学学报(自然科学版)·15·1)THz-TDS系统对黑体辐射不敏感,在小于43THz时信噪比可高达10,这要远远高于傅立叶变换红外光谱技术,而且其稳定性也比较好.2)由于THz-TDS技术可以有效地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方法.3)利用THz-TD
7、S技术可以方便、快捷地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,THz-TDS的非接触性测量比基于图2典型的太赫兹时域光谱系统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在太赫兹光谱系统中最常用的飞秒激光器是分析中发挥出了重要的作用.钛宝石锁模激光器,它能产生波长在800nm左右5)由于太赫兹辐射的瞬态性,可以利用的飞秒激
8、光脉冲.飞秒激光脉冲经过分束镜后被分THz-TDS技术进行时间分辨的测量.为泵浦脉冲和探测脉冲,前者经过时间延迟系统另外,THz-TDS技术还具有宽的带宽、探测灵后入射到太赫兹辐射产生装置上产生太赫兹脉敏度高,以及能在室温下稳定工作等优点,所以它冲,后者和太赫兹脉冲一同共线入射到太赫兹探可以广泛地应用于样品的探测.以上这些特点决定测装置上,并以此来驱动太赫兹探测装置进行测了太赫兹技术在很多基础研究领域、工业应用领量.通过控制时间延迟系统来调节泵浦脉冲和探测域、医学领域、生物领域、军事领域及国家安
