搭建太赫兹时域光谱仪THz TDS的一些经验总结

2018.5.24

一，基于太赫兹光电导天线的THz-TDS

如果你们实验室已经具备了飞秒激光器，飞秒光纤激光器，或是钛蓝宝石飞秒激光器都可以，振荡级放大级出光都行，只要脉冲宽度在100fs量级。你就可以以一个低成本的价格搭建一套太赫兹时域光谱仪系统。

搭建常规的基于太赫兹光电导天线的THz-TDS，系统对fs激光器的要求如下：

脉冲宽度

~100 fs

重复频率

50-100 MHz

平均功率

≥30 mW （自由空间天线）

≥50 mW （光纤耦合天线，780 nm & 1060 nm）

≥50 mW （光纤耦合天线，1550 nm）

屹持光电提供客户自己搭建THz-TDS的所有配件。

下面是基于光电导天线搭建的太赫兹时域光谱仪光路图，系统中主要包括有：1）一对光电导天线； 2）一个线性步进电机；3) 信号发生器（给产生天线加偏置电压）；4）锁相放大器 Lock In Amplifier. 再加上一些光学分束镜，反射镜常规光学元件，就可以搭建光路了。

需要注意的事项：

1，一般情况下，天线TDS系统分束镜透反比为1:1，透射光反射光强度一样。具体天线所加偏压和天线需要的光强要根据不同厂家的天线规格而定（取决于光导天线电极结构）。德国Batop家的天线一般偏压为10V，激发光和探测光功率均为10-15mW。

2，保证产生光路和探测光路的光程差在步进电机补偿范围内。从BS分束镜后开始计算，经过BS分束镜的透射光，一直到THz Detector探测天线处为产生光路；经过BS分束镜的反射光，一直到THz Detector探测天线处为探测光路。步进电机扫描过程中，当产生光路光程和探测光路光程相等时，即为太赫兹时域谱的峰值所在。

3，搭建光路是最重要的就是光束对准天线，调节光路时，可以用一个万用表测量天线的电阻，当被激光照射时，LT-GaAs基底的天线极间产生大量光生载流子，天线电阻也会大幅下降，通过实时观测万用表上的电阻变化可以方便判断光束是否准确的照射在了天线电极中间。

THz-TDS光路示意图

屹持光电太赫兹时域光谱仪工具箱提供太赫兹时域光谱仪系统（THz-TDS）中的主要配件，并且针对系统中的硬件提供相应的控制软件，我们也可以提供搭建系统的设计方案。

主要硬件包括：

1，电子盒套装, 包括脉冲电压产生器和锁相探测装置；

2，带有准直TPX太赫兹透镜的 THz 光电导天线；

3，线性步进电机；

4，配套光谱仪软件, 可实现快/慢扫描、成像和角度扫描等，THz 频谱计算分析如计算材料的折射率等。

1，光电导天线

2，信号发生器&锁相放大器（Lock in）

3， 线性步进电机：

4，控制软件T3DS

二，基于碲化锌晶体的THz-TDS

下面是基于碲化锌晶体ZnTe搭建的光泵浦太赫兹（OPTP）探测系统光路图，主要部分还是一个太赫兹时域光谱仪系统，系统中主要包括有：1）一对碲化锌晶体； 2）二个线性步进电机；3) 光学斩波器（调制信号）；4）锁相放大器 Lock In Amplifier. 再加上一些光学分束镜，反射镜，离轴抛物镜，偏振分光镜，平衡光电探测器等，就可以搭建光路了。