使用 THz-TDS 檢測(cè)材料

簡(jiǎn)介和應(yīng)用

太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)（THz - TDS）是一種用于表征材料并分析其在太赫茲頻率范圍內(nèi)特性的技術(shù)。這個(gè)頻率范圍特別受關(guān)注，因?yàn)樵S多與工業(yè)相關(guān)的材料是半透明的，并且/或者具有明顯的光譜特征，從而能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行識(shí)別。太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)的工作原理是發(fā)射太赫茲輻射短脈沖，并測(cè)量脈沖穿過樣品再返回所需的時(shí)間。通過分析返回脈沖的特性，可以獲得有關(guān)樣品成分、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化的有價(jià)值信息。

在汽車行業(yè)，太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)用于非接觸式測(cè)量汽車油漆厚度。這些測(cè)量對(duì)于確保質(zhì)量控制以及檢測(cè)諸如涂層不均勻、不均勻性和分層等潛在問題至關(guān)重要。同樣，太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)可用于檢查飛機(jī)上的功能性涂層，如防腐涂層或熱障涂層。但它在其他領(lǐng)域也很有用：可用于研究各種材料的光學(xué)和電子特性，包括半導(dǎo)體、聚合物、陶瓷和復(fù)合材料。它有助于確定這些材料的折射率、電導(dǎo)率和其他重要參數(shù)。 

主要挑戰(zhàn)

實(shí)現(xiàn)高性能太赫茲時(shí)域光譜（THz - TDS）系統(tǒng)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是光學(xué)延遲掃描。傳統(tǒng)上，人們使用機(jī)械延遲臺(tái)，但它們往往需要在掃描速度和掃描范圍之間進(jìn)行權(quán)衡。讓這些機(jī)械臺(tái)在長距離上快速移動(dòng)是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。

太赫茲時(shí)域光譜應(yīng)用經(jīng)常涉及對(duì)厚光學(xué)系統(tǒng)的檢測(cè)，在這些系統(tǒng)中，反射光之間存在較大的光學(xué)延遲。在其他情況下，則需要足夠的光譜分辨率來分辨所需的光譜特征。快速光學(xué)延遲掃描對(duì)于滿足這兩個(gè)需求都起著至關(guān)重要的作用。

借助快速光學(xué)延遲掃描，太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)可應(yīng)用于快速點(diǎn)掃描應(yīng)用以及需要在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)大面積表面的工廠。在這些場(chǎng)景中，機(jī)械光學(xué)延遲掃描通常難以實(shí)現(xiàn)高通量性能。

我們的優(yōu)勢(shì)

單腔雙梳激光器為實(shí)現(xiàn)快速精確的光學(xué)延遲掃描提供了一種引人注目的解決方案，消除了機(jī)械延遲級(jí)的局限性。通過使用K2激光器，可以顯著提高THz-TDS系統(tǒng)的性能和通用性。

由單腔雙梳激光器驅(qū)動(dòng)的THz-TDS系統(tǒng)中的光學(xué)延遲掃描參數(shù)的圖示。長度為1/frep的光學(xué)延遲掃描每1/Δfrep重復(fù)一次，由兩個(gè)梳狀重復(fù)頻率frep的失諧Δfrep給出。

單腔雙梳激光器中常見的噪聲抑制確保了時(shí)間軸上的超10飛秒精度。這種對(duì)脈沖延遲的精確控制實(shí)現(xiàn)了高分辨率光譜和材料特性的準(zhǔn)確測(cè)定。K2激光器的千兆赫重復(fù)率能夠?qū)崿F(xiàn)納秒級(jí)的光學(xué)延遲掃描。這與具有長延遲掃描需求的應(yīng)用非常匹配。但它避免了在沒有信號(hào)的區(qū)域浪費(fèi)測(cè)量時(shí)間，就像低重復(fù)率雙激光系統(tǒng)的典型情況一樣。

此外，單腔雙梳激光器的短脈沖（<100fs）特性有助于THz-TDS的寬光譜覆蓋。K2激光器產(chǎn)生的頻率梳可以在高效光電導(dǎo)天線（PCA）的幫助下轉(zhuǎn)換為寬帶THz脈沖，在寬帶寬內(nèi)提供詳細(xì)的光譜信息。THz頻率下的這種綜合表征能力能夠識(shí)別材料的特定分子和結(jié)構(gòu)特征。

K2 Photonics用于檢測(cè)材料的優(yōu)勢(shì)

• 掃描速度快

K2-1000 激光器可用于以超過 10 kHz 的速度掃描 1 ns 的顯著光學(xué)延遲范圍。

• 精度高

單腔結(jié)構(gòu)和共噪聲抑制確保了整個(gè)光學(xué)延遲掃描過程中時(shí)間軸上的飛秒級(jí)精度。

• 體積小

無需機(jī)械延遲線，大大簡(jiǎn)化了高性能 THz-TDS 設(shè)置的實(shí)現(xiàn)。

• 靈敏性高

單腔雙梳激光器可在長延遲范圍內(nèi)提供光學(xué)延遲掃描，非常適合高分辨率測(cè)量或檢查厚而復(fù)雜的樣品。