Терагерцовая спектроскопия во временной области характеризует свойства материала путем измерения сложных откликов в диапазоне частот от терагерц до десятков терагерц. В этом диапазоне частот обычно наблюдаются различные резонансные явления, такие как электронные и фононные возбуждения в твердых материалах.
Чтобы получить сложную частотную характеристику материала, обычно используется нелинейный процесс лазерной накачки с ультракороткими импульсами для генерации терагерцового импульса в определенном диапазоне частот. ТГц-импульсы передаются и отражаются в образце. Затем терагерцовая волна собирается с помощью электрооптической выборки или фотопроводящей антенны, основанной на нелинейной технологии, с использованием ультракоротких импульсов детектирования, так что может быть зарегистрировано мгновенное электрическое поле терагерцовой волны. Временная задержка между зондирующим излучением и терагерцовым импульсом позволяет использовать полученные данные для восстановления величины и фазы электромагнитного поля в полной форме терагерцового сигнала.
Подобно другим сверхбыстрым оптическим методам, таким как спектроскопия накачки-зонда, временное разрешение зависит от ширины зондирующего светового импульса, а не от полосы пропускания фотоприемника или измерительной схемы. Это означает, что терагерцовая спектроскопия во временной области позволяет наблюдать изменения формы сигнала в течение цикла терагерцовых импульсов.
Рис.1. Структурная схема измерения методом ТГц-спектроскопии во временной области
Последовательность импульсов фемтосекундного лазера разделяется на два луча. Один луч с большей энергией является импульсом накачки; другой луч используется в качестве зондирующего излучения (зондирующий импульс), а затем воздействует на ТГц-детектор через систему временной задержки. Импульс накачки поступает на ТГц-передатчик для генерации ТГц-импульса, который затем проходит через образец, сливается с зондирующим импульсом, пропущенным через систему временной задержки, и проходит через ТГц-детектор. Наконец, для обнаружения слабого изменения электрического поля используется встроенный усилитель. Временная задержка между импульсом накачки и зондирующим импульсом регулируется путем управления системой временной задержки, и форма сигнала ТГц-импульса во временной области может быть получена путем сканирования этой временной задержки. После преобразования формы сигнала в Фурье может быть получен спектр тестируемого образца, а оптические параметры, такие как коэффициент пропускания, показатель преломления, коэффициент поглощения, диэлектрическая проницаемость и т.д. образца, могут быть получены путем сравнения изменения спектра до и после размещения образца.
