3、太赫茲時域光譜技術原理

3.1、透射式太赫茲時域光譜技術

如圖2所示，在時域光譜系統中可測得含有樣品信息的太赫茲透射脈沖Esam（t）和不含樣品信息的參考脈沖Eref（t），然后分別對它們進行傅立葉變換，將它們轉換到頻域中的復值Esam（w）和Eref（w），可求出它們的比值為：

3.2、反射式太赫茲時域光譜技術

反射式THz-TDS系統在實驗技術上要求比較高。這是因為掃描參考信號時，樣品架的位置應該放上與樣品的表面結構基本一樣的金屬反射鏡，而且要求反射鏡的位置和樣品的位置嚴格復位。這就加大了樣品、樣品架及用作參考的金屬反射鏡的制作難度。它的參數提取方法與透射式系統相比也有共通之處。

3.3、其他探測方法

另外，THz-TDS技術還包括泵浦探測技術以及基于連續波（CW）太赫茲輻射的互相關THz-TDS技術。太赫茲發射光譜技術是直接探測由樣品所激發產生的太赫茲脈沖輻射方法。由前文可知，樣品在被超短飛秒脈沖激發之后所輻射出的太赫茲脈沖包含了關于瞬態電流強度或極化強度的信息。通過直接測量太赫茲脈沖輻射可以研究樣品中的超快過程，從而得到樣品的各種性質。這種技術可以用于研究量子結構、半導體表面、等離子體、磁場在載流子動力學中的影響等等。

泵浦探測技術是利用延遲的太赫茲脈沖來探測樣品，研究樣品在超短強激光脈沖激發下的反應函數，該項技術是基于透射式光譜系統發展而來的，所不同的是在樣品上加一束激發光。此項技術可成功地用于半導體、超導體、和液體中載流子動力學的研究。

4、太赫茲時域光譜技術的應用

THz-TDS技術可以用來研究平衡系統和非平衡系統。對于平衡系統，主要是獲取材料樣品在太赫茲波段的復折射率;而對于非平衡系統，主要是通過研究太赫茲脈沖的波形來獲取材料樣品中的電流強度或極化強度的瞬態變化。根據不同的樣品、不同的測試要求可以采用不同的探測裝置。另外，正如前文所述，利用THz-TDS技術還可以研究半導體電性的非接觸特性、鐵電晶體和光子晶體的介電特性、生物分子中小的生物分子之間的分子間相互作用以及生物大分子的低頻特性等等。而基于THz-TDS技術的太赫茲時域光譜成像技術更有其廣袤的應用領域和美好的應用前景。

5、總結和展望

太赫茲時域光譜系統技術作為一種新興的太赫茲技術，由于其獨有的優點，使其在近十年間得到了快速的發展及廣泛的應用。但是目前THz-TDS技術的光譜分辨率與窄波段技術相比還很粗糙，其測量的頻譜范圍也比傅立葉變換光譜（FTS）技術小。提高光譜分辨率和擴大測量頻譜范圍將是未來THz-TDS技術發展的主要方向。同時，現有的太赫茲時域光譜系統及成像系統的設備不僅價格昂貴，信息處理過程也很復雜，有待于進一步實用化。隨著激光器成本的降低，更高效的太赫茲發射器和探測器的出現，以及更先進的光學設計，THz-TDS技術將有著廣闊的商業應用前景。為了在現場應用太赫茲技術，還要使太赫茲系統向微型化發展.