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具有4THz带宽的光电调频连续波太赫兹光谱

发布:RuiChaoDong阅读:1383时间:2021-3-7 22:08:52

太赫兹光谱在基础科学和工业无损检测中的潜在应用早已得到认可。在科学应用中,强太赫兹脉冲可以控制物质的电子、离子和自旋自由度。在无损检测中,宽带太赫兹光谱已经成功地用于多层介电涂层的非接触厚度测量和聚合物、泡沫和其他非导电材料中缺陷的检测。如今,上述大多数应用都使用太赫兹时域光谱系统,该系统使用超快光电导开关或非线性晶体将飞秒光脉冲的巨大带宽转换到太赫兹域。在过去的十年里,紧凑型飞秒激光器以及最初为基于光纤的电信开发的设备和组件的使用,推动了台式太赫兹时域光谱系统的发展,其中最好的系统现在达到了6.5太赫兹的带宽和超过100 dB的峰值动态范围(DR)。然而,这些系统的根本缺点是它们的高度复杂性。它们需要昂贵的飞秒脉冲激光源和复杂的光学延迟,这些延迟或者基于自由空间光学和光学机械,或者基于腔失谐,或者基于两个激光源的复杂同步。因此,所有三种方法都要求系统组装和调整,或者需要复杂的电子控制方案。因此,非常需要更简单的方法来产生和检测宽带太赫兹信号。

       近日,来自德国柏林海因里希赫兹研究所和弗劳恩霍夫电信研究所的Lars Liebermeister等人提出了一种光电调频连续波太赫兹传感方法,这是一种宽带光谱和工业无损检测的有力工具。在这种方法中,扫频光学拍频信号产生太赫兹场,然后利用相同拍频信号的时间延迟拷贝,通过光混合对太赫兹场进行相干检测。因此,接收器电流是固有的相位调制,无需额外的调制器。由于这种技术,他们的宽带太赫兹光谱仪的性能(200赫兹的测量速率,或4太赫兹带宽和117分贝的平均峰值动态范围)与最先进的太赫兹-TDS系统相当,但复杂性显著降低。对层厚低至23 um的多层电介质样品的厚度测量显示了其在实际应用中的潜力。在0.2秒的测量时间内,不确定度小于2 %,这是连续波太赫兹光谱测量的最高精度。因此,光电FMCW方法为结合光纤和光子集成技术的宽带紧凑型太赫兹光谱仪铺平了道路。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。(詹若男)

文章链接:Lars Liebermeister et al. Optoelectronic frequency-modulated continuous-wave terahertz spectroscopy with 4 THz bandwidth. Nature Communications (2021) 12:1071
       https://doi.org/10.1038/s41467-021-21260-x

消息来源:两江科技评论

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