THz タイムドメイン分光法

関連製品: UHF-BOX、UHFLI、HF2LI、MFLI

THz 時間領域分光法を使用して、0.1 THz から数十 THz の周波数範囲内の複素周波数応答を測定することにより、材料の特性を特徴付けます。
この領域では、固体材料の電子励起やフォノン励起といった、さまざまな基本共鳴を見つけることができます。

複素周波数応答を測定するために、スペクトルを調整したテラヘルツトランジェントが、非線形プロセスで超短励起パルスによって生成されます。
サンプルでは、遷移は反射または透過で改変されます。
結果の波形は、電気光学サンプリングや光伝導アンテナなどの非線形技術を使用した超短プローブパルスによって検出され、瞬間的な電界が明らかになります。
プローブパルスと THz 場との間の時間遅延は、電磁場の振幅および位相における波形の完全な再構成を可能にするように変えられます。
他の超高速光学技術と同様（例えばポンププローブ分光法）、時間分解能は、光検出器または測定電子回路の帯域幅ではなく、プローブレーザパルスの持続時間によって決定されます。
これは、テラヘルツタイムドメイン分光法がサブサイクルの時間分解能でテラヘルツ波束の変化を明らかにできることを意味します。

THz タイムドメイン分光法

測定戦略

プローブパルスの THz 場によって引き起こされる信号の変化はわずかです。
信号を回復するには、高い信号対雑音比、高感度のエレクトロニクス、および平均化が必要です。
通常、数 kHz から数百 MHz の変調周波数に基づいて実行されます。
２つの典型的なアプローチは次のとおりです。

ボックスカーアベレージャを備えた高速光検出器を使用して、プローブパルスの短いデューティサイクルを活用します。
この方法は、信号が存在する期間の一部に測定を限定し、ノイズ成分のみの残りパルス区間を無視します。これは最高の SNR を約束しますが、検出電子機器にとっては非常に厳しいものです。
もう1つの方法は、光検出器の帯域幅を制限して、信号が全期間にわたって分布し、したがって正弦波に近いようにすることです。
これにより、信号検出にロックインアンプを使用できます。これは、セットアップが簡単で、すべての非同期ノイズ成分が効率的に除去されるため、十分な SNR を提供します。

Zurich Instrumentsで測定するメリット

Zurich Instruments の機器を使用すると、両方の測定戦略を追求できます。
実際、UHFLI では、両方の戦略を同時に実行でき、直接比較できます。
低繰り返し率と低予算での実験では、HF2LI または MFLI は２番目のアプローチの魅力的な代替手段です。
UHF-BOX は、独自の非同期ボックスカーアベレージャであり、その結果、レーザーパルスと同期していないすべてのノイズ源を排除します。
UHF-BOX Boxcar は、デッドタイムなしでデータを取得するため、必要な測定時間を最小限に抑えます。
Periodic Waveform Analyzer を使用すると、基本信号の高度に平均化されたビューを取得できます。これにより、最適な方法でボックスカーウィンドウを定義できます。
セットアップで毎秒のポンプパルスのブランキングが許可されている場合、バックグラウンド減算機能により、バックグラウンドノイズや信号の DC シフトとは無関係に測定を行うことができます。