搭建太赫兹时域光谱仪THz TDS的一些经验总结

2016-03-17 19:03:35
搭建太赫兹时域光谱仪THz TDS的一些经验总结

搭建太赫兹时域光谱仪THz

详细介绍

搭建太赫兹时域光谱仪THz TDS的一些经验总结

一,基于光电导天线的THz-TDS

如果你们实验室已经具备了飞秒激光器,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)

≥100 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 InAmplifier. 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THzDetector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:

Set of fiber-coupled antennas setup in a transmissionconfiguration


2,信号发生器&锁相放大器(Lock in)


Data acqusition systems with BNC ports for emitter and detectorantenna

(右侧BNC接口连接产生端天线,为产生天线加偏置电压,左侧BNC接口连接探测端天线,采集THz时域信号)


3, 线性步进电机:

 Zaber linear stage typically used as delay linein THz spectrometer.


4,控制软件T3DS

Front panel of the T3DS software displaying the results of areference measurement



Imaging measurement of TDTS software


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。

需要注意的事项

1,下图中有两个分束镜,三路光,经过BS2后的发射光为激发ZnTe产生THz辐射的激发光,光强一般30-60mW视光斑尺寸大小而定。经BS2后的透射光为探测光,光强一般为激发光的1/10。其他光强都留给经BS1透射后的泵浦光,泵浦激发样品。

2,需要调节1/4片将探测光变为圆偏光,即进入平衡探测器两个孔的光强相等,差分信号为零(自由空间电光取样原理不在此赘述,可参阅自由空间电光取样探测器EOD)

3,透过产生端碲化锌晶体后,由于会有激发光透射,需要用一块太赫兹窗片如Teflon,或聚四氟乙烯、HDPE、或者塑料泡沫片挡住激发光,(提到的材料基本对太赫兹全透)。

4,同样需要注意等光程点的问题,由于加了泵浦光,从BS1分束镜到sample样品处的两路光需要买足上面讲到到的等光程点条件。


太赫兹时域光谱仪系统需要的其他配件

晶体ZnTeDASTDSTMSOH1LiNbO3

光电导天线单极天线天线阵列

太赫兹近场探针

离轴抛物镜

光学斩波器

THz脉冲电光取样探测器

THz元THz偏振片THz透镜THz滤波片THz波片THz棱镜THz分束镜



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