光纖型變角度太赫茲時域光譜測量系統研究

李 正，孫 青，馮美琦，尚 亮，鄧玉強，李超辰

1. 曲阜師范大學物理工程學院，山東 曲阜 273165 2. 中國計量科學研究院光學與激光計量科學研究所，北京 100029

引 言

太赫茲波在電磁波譜中位于紅外與毫米波之間，因其獨特的性質在很多領域具有重要的應用潛力。太赫茲時域光譜(Terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)技術是一種非常有效的相干光譜探測技術，被廣泛應用于材料特性分析、爆炸物探測、醫學診斷以及氣體檢測等眾多領域[1-4]。

傳統基于鈦寶石飛秒激光器的THz-TDS系統已經發展的非常成熟，但是隨著測量需求的多樣化，傳統的測量系統逐漸表現出其局限性。光纖激光技術近年來發展迅速，光纖飛秒激光器近年來已實現商用，尤其是摻鉺光纖飛秒激光器，具有成本低、體積小、穩定性好等優點。將鈦寶石飛秒激光器替換為光纖飛秒激光器，THz-TDS系統的成本與體積可大大降低。然而工作在800 nm波段的低溫生長砷化鎵光電導天線在1 550 nm波段并不適用，德國科學家采用低溫生長的磷化銦作為光電導天線襯底材料，同時采用InGaAs/InAlAs多層異質結構，實現了1 550 nm波段的太赫茲高效產生和探測[5-7]。采用全光纖的設計方案，THz-TDS系統可設計的非常緊湊和靈活[8-10]。由于飛秒激光在光纖中傳輸，大大提高了系統的抗環境干擾能力，在工業和現場應用上具有巨大的潛力。但另一方面，由于色散展寬、偏振不匹配等效應的影響，會對THz-TDS系統性能造成嚴重影響，需要在系統設計時充分考慮。

本文設計研制了光纖型THz-TDS系統，通過光纖色散管理與偏振控制，實現了飛秒脈沖寬度和偏振態的精確操控，消除了太赫茲時域脈沖的展寬與分裂現象，獲得了高信噪比的單脈沖太赫茲時域波形；……