超宽带太赫兹时域光谱探测技术研究进展

董家蒙，彭晓昱，马晓辉，刘 毅，魏东山，崔洪亮，杜春雷

1.长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022 2.中国科学院重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心跨尺度制造技术重点实验室，重庆 400714

超宽带太赫兹时域光谱探测技术研究进展

董家蒙1,2，彭晓昱2*，马晓辉1*，刘 毅1,2，魏东山2，崔洪亮2，杜春雷2

1.长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022 2.中国科学院重庆绿色智能技术研究院太赫兹技术研究中心跨尺度制造技术重点实验室，重庆 400714

太赫兹时域光谱(THz time-domain spectroscopy, THz-TDS)技术是一种非常有效的相干探测技术，具有信噪比高，探测带宽，可在室温下工作，可进行时间分辨测量等特点，广泛应用于材料、化学、生物、安检等领域。较早时期的THz-TDS系统受限于太赫兹辐射源的带宽和光谱探测手段，测量范围有限(<5 THz)，较高频段的光谱信息无法得到。为了进一步扩大太赫兹时域光谱探测技术的应用范围，迫切需要发展超宽带(≥10 THz)的太赫兹时域光谱探测技术。本文回顾了太赫兹时域光谱探测技术的发展进程，综述了实现超宽带太赫兹时域光谱探测的主要技术方法，展示了不同测量方法的典型实验方案，同时总结了不同探测方法的优缺点，并追踪了主要研究小组的前沿成果以及最新的应用进展。

太赫兹光谱； 太赫兹探测； 超宽带

引 言

太赫兹(THz)波指频率范围为0.1～10 THz(3 mm～30 μm)的电磁波，介于微波与红外之间，是电子学和光子学的交叉区域。太赫兹波的主要应用包括太赫兹光谱、太赫兹成像、太赫兹通讯等。近年来，太赫兹时域光谱技术 (THz time-domain spectroscopy, THz-TDS)发展迅速，在爆炸物检测[1]、材料分析[2]、生物大分子结构分析[3]等诸多领域得到了广泛的应用。

不同于傅里叶变换红外光谱技术(Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR)只对振幅敏感，THz-TDS可以同时测量太赫兹电场的振幅和相位，无需复杂的克拉默斯-克勒尼希变换就可直接得到光学常数的实部和虚部，同时THz-TDS对黑体辐射不敏感，可将大部分背景噪声滤除在外，信噪比远高于FTIR。最近几年，这一技术已被用于研究一些诸如光子晶体[4]和超材料[5]等人工结构材料的特性。不同学科领域的应用和需求促进了太赫兹时域光谱技术的发展，对太赫兹时域光谱的谱宽、功率、信噪比等指标提出了更高的要求。较早时期的THz-TDS的测量范围基本都在5 THz以内，不足以覆盖整个THz波段(0.1～10 THz)，高频段光谱信息的缺失制约着THz-TDS技术在更多场合的应用。比如在生物医学研究领域，反应与生物分子振动模式、蛋白质二级结构(α-螺旋、β-折叠)相关的特征峰不只集中在THz波段的低频部分，也可能存在于THz波段的高频部分，要全面研究生物分子的特征谱，就需要超宽带的太赫兹时域光谱系统； 又如在设计基于微纳结构的宽频太赫兹器件方面，需要测量材料在整个THz波段的光电参数，也需要使用超宽带的太赫兹时域光谱系统。

超宽带THz-TDS不仅需要宽频的太赫兹辐射源，而且需要与之相匹配的超宽带光谱探测技术。近些年带宽超过10 THz的诸如基于激光等离子体的超宽频的太赫兹源得到长足发展[6-8]，可以满足超宽带太赫兹时域光谱系统对源的要求，本文将着重回顾和介绍太赫兹时域光谱探测技术的基本原理，尤其是针对超宽带光谱探测技术进行了系统性综述，对比了不同探测方法的优缺点，并列举了超宽带光谱探测技术在太赫兹应用领域的最新进展。

1 太赫兹时域光谱探测原理

THz-TDS系统可分为透射型和反射型两种，针对不同的样品、不同的测试要求可以采用不同的探测模式。以透射式系统为例说明太赫兹时域光谱探测的基本原理。图1给出了典型透射式THz-TDS系统的装置示意图，该系统主要由飞秒激光器、THz辐射源、THz探测器和延迟光路组成：飞秒激光脉冲被分束镜分成两束，其中能量较大的一束作为泵浦光(深色)泵浦THz发射器从而辐射THz脉冲，经4个离轴抛物面镜组成的8F共焦光路后聚焦在THz探测器上； 能量较小的一束作为探测光(浅色)，与THz脉冲汇合后共线通过THz探测器，通过调节光学延迟，改变探测光与太赫兹脉冲之间的相对时延，扫描这个时间延迟就可得到太赫兹脉冲的时域波形。通常，THz-TDS系统的时延扫描长度在10～100 ps，扫描长度超过1 ns的系统可以用于某些高分辨率光谱应用场合。THz探测器的输出信号实际上是THz脉冲和探测脉冲的卷积，由于探测脉冲的脉宽(fs量级)远小于THz脉冲的脉宽(ps量级)，可以近似看成δ函数，故THz探测器的输出正比于THz脉冲电场的振幅。THz脉冲的时域波形再经傅里叶变换就可获得其频谱，对比放置样品前后的频谱的改变，就可以得到样品在太赫兹波段的透射率、反射率、吸收系数、折射率、介电常数等。这种基于“时间门”的探测技术避免了测量过程中的相位抖动，具有较高的信噪比和动态范围。

图1 典型太赫兹时域光谱系统实验装置图

2 超宽带太赫兹光谱探测技术

近些年，太赫兹源在功率和谱宽方面取得了很多突破性的进展[6-8]，但是只有超宽带太赫兹源而缺乏相应的探测方法，也无法实现太赫兹波的超宽带光谱探测。因此，寻找与之匹配的超宽带的相干探测方法成为研究者关注的问题。目前常用的方法有光电导天线探测和电光采样探测，但都无法获得较为平滑的光谱响应，有效频谱难以覆盖整个太赫兹波段，最近利用空气等离子体获得了较为平滑的超宽带太赫兹频谱响应。下面依次介绍这几种探测技术。

2.1 光电导天线探测

20世纪80年代就有人利用这种天线结构产生并探测了太赫兹脉冲。光电导天线是由半导体基片和蒸镀在基片上的两根电极组成，利用光电导天线探测太赫兹脉冲的原理是其发射原理的逆过程。如图2所示，飞秒脉冲激光作为探测光，与太赫兹脉冲同时聚焦在两电极之间的基片上，由飞秒激光产生的光生载流子在THz脉冲电场作用下产生加速运动，形成与THz脉冲电场强度成正比的瞬态电流，不同时刻的电流大小反映了不同时刻太赫兹脉冲电场的大小，通过改变探测脉冲和THz脉冲之间的时间延迟，利用探测脉冲对THz脉冲电场进行取样即可记录太赫兹脉冲的时域波形。同时，为了提高探测系统的信噪比，可通过锁相放大器与光斩波器的联用来对测量信号进行放大和滤波处理。

图2 光电导天线探测太赫兹脉冲原理图

光电导天线(photoconductive antenna, PCA)探测技术的优点是体积小、结构简单，但是这种基于天线结构的光电探测器的弱点也很明显，受半导体材料载流子寿命和动量弛豫时间的影响，这一技术的高频响应受到了限制。为了解决这一问题，Shen等[9]以近红外(near-IR)波段的飞秒激光器(中心波长为790 nm, 脉宽小于15 fs, 重复频率为76 MHz)作为泵源，采用载流子寿命分别为10和0.1 ps的LT-GaAs光电导天线作为THz发射器和探测器，获得了超过15 THz的探测带宽，其探测到的太赫兹脉冲时域波形和频谱图如图3所示。其中，PCA发射天线的结构如图3(a)中内插图所示，为大孔径天线，间隙宽度400 μm，由于受激面积大，大孔径天线能够产生高功率的太赫兹脉冲，同时实验中采用反射式(后向)发射模式，即THz辐射方向和泵浦光传播方向相反，进而减小了GaAs基底材料对太赫兹波的吸收和色散，使辐射带宽显著拓宽； PCA接收天线的结构如图3 (b)中内插图所示，为蝶形天线，间隙宽度8 μm，PCA探测器的天线结构会影响其频谱响应，尤其针对高频部分，而蝶形天线的高频响应要优于传统的偶极子天线。频谱中箭头标记的两处位置分别对应于GaAs晶体(基片材料)的横向光学(transverse-optical, TO)声子频率(8.1 THz)和纵向光学(longitudinal-optical, LO)声子频率(8.8 THz)，晶体内大量离子以严格定义的频率来回摆动称为晶格振动的简正模式，其量化值称为声子。GaAs晶体内的TO声子谐振造成THz频谱中出现强的吸收峰，致使其实际有效的探测带宽只有8 THz左右。

2.2 电光取样

电光取样是一种基于线性电光效应(泡克尔斯效应)的时域探测方法[10]。自由空间电光取样的探测原理如图4所示，太赫兹脉冲和作为探测光的飞秒激光脉冲共线通过电光晶体，由于晶体的泡克尔斯效应，太赫兹脉冲电场改变了晶体的折射系数，从而使得晶体具有双折射的性质，当线偏振的探测光在电光晶体中受到太赫兹脉冲电场的调制后，其偏振态发生了变化，变成了椭圆偏振光，所以，通过检测偏振态的变化，可以间接测量太赫兹脉冲电场的波形。

图3 (a) 时域波形，(b) 傅里叶变换后的频谱[9]

箭头标记的两处位置分别对应于GaAs晶体的TO和LO声子频率(νTO=8.02 THz;νLO=8.76 THz)

Fig.3 (a) Temporal THz waveform and (b) its corresponding Fourier transform amplitude spectrum[9]

The arrows mark spectral features corresponding to TO and LO phonons of the GaAs crystal (νTO=8.02 THz;νLO=8.76 THz)

图4 电光取样原理图

ZnTe等电光晶体是最早用于电光取样的一类材料。早期研究表明，在ZnTe晶体中，波长为800 nm的激光脉冲和中心频率为2 THz的太赫兹波虽然可以实现良好的相位匹配[11]，但却很难满足从远红外到中红外这一较宽频谱范围内的相位匹配。为了获得更宽的探测范围，一方面需要采用更短的飞秒激光脉冲作为探测光，另一方面可以采用薄层的非线性晶体以降低相位匹配的影响。针对这一问题，Han等[12]研究了晶体厚度和太赫兹光谱响应的关系，发现随着晶体厚度的增大，低频处(2 THz)的光谱幅值线性增大，而高频处(>5.3 THz)的光谱幅值反而随厚度的增大而降低，可见选择合适的晶体厚度对优化高频处的光谱响应十分重要。实验中他们选用微米量级的ZnTe晶体作为太赫兹发射器和探测器，厚度分别为30和27 μm，测量结果如图5所示，可以看出，利用超薄晶体可以极大的拓宽电光取样的探测范围，使频谱覆盖范围由普遍的5 THz增大到35 THz，但仍能清楚的发现在5.3 THz附近存在明显的吸收带，这是由晶体本身声子吸收造成的。常用的晶体比如ZnTe和GaP，二者的声子共振频率分别为5.3 THz[13]和10.98 THz[14]，如果将此类电光晶体应用于时域光谱系统中，若测试样品的频谱恰好存在于这些间隙中时，就难以获得真实的样品信息。可见，传统基于电光晶体的电光取样法虽然克服了光电导天线探测法由于受限于载流子寿命和共振偶极子结构而产生的限制，但依旧受晶体本身声子吸收的影响，整个太赫兹光谱并非连续光滑。此外，晶体厚度太薄也会带来另外一个问题，即调制长度太短会导致探测灵敏度下降，从而导致信噪比下降。

图5 (a)由27 μm厚的ZnTe探测器测得从30 μm厚的ZnTe发射器产生的太赫兹脉冲的时域波形； (b)傅里叶变换后的频谱[12]

Fig.5 (a) Temporal waveform of the THz pulse radiated from a 30 μm ZnTe emitter and measured by a 27 μm ZnTe sensor; (b) Amplitude spectrum of the waveform[12]

除了传统的晶体材料，非晶态的电光聚合物薄膜作为一种新型的电光材料，电光系数高、不具有晶格结构因而不存在相应的声子吸收，从近红外到远红外具有较为平坦的折射率曲线，能够在较宽范围内实现相位匹配，为超宽带太赫兹波产生和探测提供一种可能途径。此外，电光聚合物结构多样(通过改变生色团)、易加工且成本低廉，使得这些材料能够应用于某些特定的场合[15]。Natata等[16]首次利用极性电光聚合物薄膜实现太赫兹的产生与探测，经二十多年的发展电光聚合物已成为一类极具研究价值和应用前景的太赫兹辐射和探测材料。直到最近，Zheng[17]等利用单层主客体聚合物LAPC[40% Lemke/60% APC(聚碳酸酯)]作为太赫兹发射器，分别采用单层LAPC薄膜与厚度为80 μm的ZnCdTe晶体作为探测器，图6中比较了两种材料的探测结果，可以看出利用ZnCdTe晶体所测得的频谱在5 THz附近存在明显间隙，这是由于晶体中的晶格共振造成的声子吸收，相比之下，LAPC薄膜不受声子吸收的影响，获得了频宽大于12 THz的较平滑无吸收间隙的THz频谱。由图6可见，ZnCdTe晶体在低频段(2 THz附近)的探测灵敏度几乎是LAPC 薄膜的4倍，这得益于ZnCdTe晶体在2 THz附近良好的相位匹配条件，而LAPC 薄膜的相位匹配系数在整个THz波段基本为常数，且与低频段的ZnCdTe晶体相比较低。电光聚合物薄膜无声子吸收且具有较高的电光系数，不过随着使用时间的推移，聚合物材料的性能将有所下降，从而导致探测灵敏度的降低。

图6 单层LAPC探测器(实线)和80 μm厚的ZnCdTe探测器(虚线)得到的THz频谱对比[17]

Fig.6 Comparison of the THz spectra with an 80 μm thick ZnCdTe sensor and a single-layer LAPC sensor[17]

2.3 空气探测

不同于光电导天线和电光晶体这类固体介质，空气作为一种气体介质，具有很多独特的优势：无声子吸收、无损伤阈值、低色散、可再生等。早在上世纪九十年代，Hamster等[18]利用800 nm的亚皮秒脉冲诱导空气形成等离子体从而辐射THz脉冲，并提出这一过程主要归功于等离子体中的有质动力。此后，Cook等[19]发现当采用双色激光与空气等离子体作用时，可以极大地提高太赫兹脉冲的产生效率，利用这种方法已经可以产生频谱宽度高达100 THz的太赫兹辐射[8]。一方面，激光诱导空气等离子体可以产生高强度、高方向性、超宽带的太赫兹辐射，另一方面，空气等离子体作为一种新的探测介质有望实现更宽的太赫兹光谱探测范围。

2.3.1 空气相干探测

Dai等[20]首次利用空气等离子体对太赫兹波进行了准相干探测，该方法被称为THz-ABCD (THz air breakdown coherent detection)法。与电光取样通过二阶非线性效应探测太赫兹波类似，利用空气(气体)的三阶非线性效应也能够探测太赫兹波，其物理机制是四波混频[21]产生太赫兹波的逆过程：当一个太赫兹光子和两个基频(800 nm)光子混合，将产生一个二次谐波(400 nm)光子。太赫兹波场致二次谐波可以用式(1)表示

(1)

其中χ(3)是空气(气体)等离子体的三阶非线性系数，Eω，E2ω和ETHz分别是基频电场、二次谐波电场以及太赫兹电场的电场强度。通过探测太赫兹场致二次谐波的强度，间接探测太赫兹脉冲电场。然而，具体实验中使用的探测器为光电倍增管(PMT)，其响应的是二次谐波的强度而非电场，见式(2)

(2)

(3)

其中，第一项正比于太赫兹波的强度，当探测激光脉冲较强时该项远小于本振信号强度，可忽略不计，这时，式(3)可简化为式(4)

(4)

式(3)中的第二项是由本振信号构成的直流项，其大小取决于等离子体密度，尤其在空气刚刚离化时最大，并且与太赫兹电场无关，该项可通过调制太赫兹光束再由锁相放大技术滤除； 第三项是相干项，也是实现相干探测的基础。实验结果表明，随着探测光强的增大，对太赫兹波的探测可分为三个阶段：非相干探测、混合探测、准相干探测，相应地，探测端的空气离化过程也从多光子电离(MI)过渡到隧道电离(TI)。也就是说，这种方法只有在探测光很强的情况下才能实现对太赫兹电场的准相干探测，然而这种强背景不可避免的引入了光谱畸变，在一定程度上限制了探测系统的信噪比。

为了克服空气准相干探测法由于强探测光造成的光谱畸变并进一步扩大其探测范围，Karpowicz等[22]对该方法进行了改进，提出了另一种THz-ABCD (THz air biased coherent detection) 探测法。实验装置如图7所示，在探测端外加一个频率可调的高压方波电场，使之与弱探测光相互作用产生二次谐波信号，作为本振信号，再利用外差式探测方法就能实现对太赫兹波的相干测量。通过调制高压电场的频率，使高压场致二次谐波和太赫兹场致二次谐波分别具有不同的频率和相位，再经锁相放大技术对相干项进行提取，最终探测信号为式(5)所示

I2ω∝(χ(3)Iω)2EDCETHz

(5)

由式(5)可以看出，探测器的响应信号和太赫兹电场成正比，即使不需要很强的探测光，也能实现了对太赫兹脉冲电场的相干探测。

在后续的报道中[23-25]，该研究小组不但从理论上解释了THz-ABCD探测方法的原理, 而且从实验上验证了理论的正确性。结果表明：在THz辐射源频谱较宽的情况下，空气相干探测法没有类似晶体声子吸收的影响，能探测到很宽的THz辐射，经傅里叶变换后获得的频谱曲线更为平滑。如图8所示，Ho等[26]在相同的实验条件下(探测光脉宽为32fs)，分别采用ZnTe晶体电光取样和THz-ABCD对同一太赫兹脉冲进行探测，相比之下，THz-ABCD探测法能够更加真实地反映太赫兹脉冲电场的形状，经傅里叶变换后有效的频谱范围达到35THz。如能使用更短的探测脉冲，该方法所能探测的谱宽将进一步提高，目前已有报道当采用脉宽小于20fs的探测激光可以测得谱宽为70THz的光谱范围[25], 可见这种方法极大地拓展了太赫兹时域光谱系统的光谱测量范围，为超宽带太赫兹时域光谱系统的实现提供了有力保障。

图7 THz-ABCD探测法实验装置图[22]

图8 (a) 采用ZnTe晶体和THz-ABCD探测到的THz时域波形； (b) 傅里叶变换后二者的频谱[26]

Fig.8 (a) Measured time-domain waveforms with a conventional ZnTe sensor (blue curve) and with a THz-ABCD sensor (red curve); (b) corresponding spectra obtained through Fourier transform of the THz waveforms[26]

2.3.2 空气平衡探测

THz-ABCD探测法虽然可以提供很宽的测量范围，但与电光取样相比，低频段的信噪比略差，针对这一问题，Lu等[27]在THz-ABCD的基础上，提出了一种基于偏振检测的平衡探测方法，简称Balanced-ABCD。

在THz-ABCD探测系统中，电子噪声、暗电流噪声以及激光波动引起的噪声都会降低系统的信噪比，其中激光波动引起的噪声是最主要的噪声源。为了尽可能降低激光波动带来的影响，在Balanced-ABCD探测系统中(如图9所示)，待测的二次谐波(太赫兹场致二次谐波与高压场致二次谐波的总和)经沃拉斯顿棱镜后被分为偏振方向相互正交的两个分量，并用两个独立的PMT分别探测，再将两个PMT探测的信号相减，使得两路信号中的噪声相抵消，从而使探测系统的信噪比在数值上提高了两倍。

图9 空气平衡探测法示意图[27]

上述三种太赫兹时域光谱探测方法的各有优缺点，见表1。光电导天线探测具有体积小、结构简单的特点，适用于便携式太赫兹光谱仪的开发，但探测谱宽相对较窄。电光取样具有对光路失调不敏感，噪声低灵敏度高的优点，但需要满足极高的相位匹配条件，而且受到晶体材料本身声子吸收的影响无法获得平滑的光谱响应。空气相干探测法不受晶体声子吸收和载流子寿命的影响，其探测谱宽与分辨率都比其他方法略胜一筹，而且利用太赫兹辐射增强气体等离子体荧光还可实现远场探测[28]，因而受到广泛关注。不过，这种方法需要体积较大的飞秒激光放大器，探测成本较高。

3 超宽带太赫兹时域光谱探测技术的初步应用

随着太赫兹科学技术的不断发展，越来越多的领域迫切需要测量范围更宽的太赫兹时域光谱系统。基于THz-ABCD方法的超宽谱太赫兹光谱探测技术的出现，使得对在整个太赫兹波段的材料特性研究变得可能。到目前为止，国内外已有多个研究小组开始使用这种技术对材料进行研究并获得了许多重要成果。

Liu等[29]利用基于THz-ABCD方法的太赫兹时域光谱仪对0.3 mm厚的α-相偏硼酸钡(alpha barium borate, α-BBO)晶体进行了反射模式测量，首次得到了α-BBO晶体在0.3～10 THz范围内的折射率和吸收系数。α-BBO晶体在THz波段同样具有明显的双折射性质，在低频段(<2.5 THz)，寻常光(o光)的折射率(no)要大于非寻常光(e光)的折射率(ne)，而在高频段(2.5～10 THz)，二者的折射率曲线交错复杂，其中一个主要原因是由于该波段存在多个声子谐振模式。吸收系数的测量结果也证实了多个声子模式的存在，其中最强的声子模式位于6.8 THz，对应的吸收系数高达1 000 cm-1。

表1 光电导天线、电光取样和空气相干探测参数对比

赫君等[30]利用THz-ABCD探测技术测量了两种炸药奥克托金(HMX)和太恩(PETN)的太赫兹超宽带吸收谱，得到了两种炸药在0.1～15 THz范围内的主要特征吸收峰，为炸药等危险品检测提供了更为可靠的数据支持。

Ho等[31]在反射式THz-ABCD技术的基础上，采用超快且时间分辨的太赫兹泵浦太赫兹探测技术(THz pump/THz probe)研究了InAs等半导体材料在太赫兹波段(0.5～12 THz)的载流子超快动力学特性。随着THz脉冲电场强度的增大，InAs表面等离子共振频率发生“红移”(从4.1 THz处移动到3.4 THz处)，但其光学声子共振频率并未改变，稳定在7 THz处。等离子体共振频率“红移”主要是由于在强太赫兹瞬变电场的作用下，InAs导带中的电子发生谷间散射，引起电子有效质量增大，从而导致频率移动。通过对强太赫兹瞬变电场下半导体材料的载流子动力学研究，可以获得其产生和复合信息，能进一步认识其微观动力学机制，为改善半导体材料和器件提供更全面的资料。

最近，Francesco等[32]使用超宽带太赫兹时域光谱仪(ZAP)测量了四种常见的高分子聚合物在2～15 THz超宽带范围内的折射率、吸收系数等参数。结果表明：在2～15 THz频谱范围内，低密度聚乙烯(low-density polyethylene, LDPE)和环烯烃共聚物(cyclic olefin/ethylene copolymer, TOPAS)两种材料的吸收系数很小，基本可以忽略不计，折射率曲线也较为平坦，稳定在1.524±0.002附近。由此可见，LDPE和TOPAS两种材料在THz高频段同样具有稳定的优良特性，可用作THz全波段窗口、波导、光纤等太赫兹器件，在超宽带太赫兹光子学方面具有巨大的应用潜力。

可以预见，随着超宽带太赫兹时域光谱技术的广泛应用，越来越多的科研成果将展现出来。

4 结 论

回顾了太赫兹时域光谱探测技术的进展，重点介绍了超宽带太赫兹时域光谱探测技术的探测原理和发展进程并比较了几种时域光谱探测技术的优缺点。作为一种新兴的光谱探测技术，目前该技术在有些方面仍有提升空间，比如如何改善太赫兹光谱高频部分的信噪比以及提高系统的探测灵敏度。有理由相信，随着太赫兹技术的不断发展和完善，将进一步拓宽太赫兹时域光谱技术的应用范围，为深入探寻和研究太赫兹波与各种材料之间的相互作用以及各种材料在整个太赫兹波段的响应特性提供了有力工具。

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(Received Apr.13, 2015; accepted Aug.20, 2015)

*Corresponding authors

Progress of Detection Technology of Ultra-Broadband THz Time-Domain Spectroscopy

DONG Jia-meng1, 2, PENG Xiao-yu2*, MA Xiao-hui1*, LIU Yi1, 2, WEI Dong-shan2, CUI Hong-liang2, DU Chun-lei2

1.National Key Laboratory on High Power Semiconductor Laser, Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022, 2.Research Center for Terahertz Technology, Key Laboratory of Multi-Scale Manufacturing Technology, Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, Chongqing 400714, China

Terahertz Time-Domain Spectroscopy (THz-TDS) is one of the effective coherent detection techniques.It has been widely applied in materials, chemistry, biology, security and other fields due to its capabilities such as high signal-to-noise ratio (SNR), broadband detection, working at room temperature, time resolved measurement and others.Limited by the spectrum bandwidth of THz radiation and detection techniques, the measuring range of the traditional THz-TDS system is generally less than several THz, thus the spectral information of high frequencies cannot be obtained.In order to expand its application, there is an urgent need for the development of ultra-broadband (≥10 THz) THz-TDS detection techniques.This paper reviews the development and applications of main detection techniques in ultra-broadband THz-TDS.The advantages and disadvantages of these techniques are also analyzed.

Terahertz spectroscopy; Terahertz detection; Ultra-broadband

2015-04-13，

2015-08-20

国家(973)项目(2015CB755401)，中国科学院重庆绿色智能技术研究院创新发展基金项目(Y52A010V10)资助

董家蒙，1991年生，长春理工大学光电工程学院硕士研究生 e-mail: dongjiameng@cigit.ac.cn *通讯联系人 e-mail: mxh@cust.edu.cn; xypeng@cigit.ac.cn

O433

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1277-07