太赫兹辐射的电光取样检测方法

检测太赫兹辐射的电光取样方法，是基于利用二阶非线性晶体的泡克耳斯电光效应［28，29］。按照这种方法，被检测的太赫兹脉冲与一个较弱的时宽更窄的采样激光脉冲，一起通过一个（具泡克耳斯效应的）二阶非线性介质（如ZnTe晶体）。在有太赫兹场存在时，它可通过泡克耳斯效应在晶体内引起感应双折射变化，因此使得采样激光脉冲的偏振面发生偏转，使得它的两个正交偏振分量之间产生如下的相位移动：

式中，n1和n2为晶体在上述两偏振方向上的折射率，L是晶体厚度。重要的是，这种感应相移与存在的太赫兹电场成正比，亦即（n1-n2）∝ETHz；因此通过检测上述诱导双折射变化，可间接确定太赫兹场强值。

实验上采用的测量装置如图17-5所示，它基本是由一个电光晶体、一个λ/4波片、一个偏振分束棱镜以及一对平衡探测器所组成。此情况下，两探测器测到的光强为

式中，I0为入射到分束棱镜的光强，Φ是两正交偏振分量的初始相位差。如果适当旋转λ/4波片角度使得Φ=π/4，则在有太赫兹场存在条件下，有以下关系式成立：

上式的物理含义是，通过测量两平衡探测器输出的信号强度相对差，就可确定太赫兹场的场强值。(www.xing528.com)

图17-5　使用电光（EO）取样方法检测太赫兹场实验装置

作为一个早期研究的例子，图17-6（a）是使用电光取样方法检测太赫兹辐射的实验装置简图。首先，一束波长为800 nm而时宽为130 fs的脉冲激光聚焦入射到一个ZnTe晶体发射体中，在其内通过二阶光学整流机制产生太赫兹辐射，后者经两个镜面反射后再聚焦入射到另外一个作为电光取样器的ZnTe晶体。在该实验中，由于采样激光脉冲的宽度显著窄于所产生的太赫兹脉冲的振幅波形宽度，所以只有部分太赫兹脉冲可与探测光脉冲在时间上重合，故通过改变两脉冲之间的时间延迟，可以得出被测太赫兹场振幅的时间波形。这样测得的时间波形如图17-6（b）所示；然后通过傅里叶变换，可进一步求出太赫兹场的频谱分布，如17-6（c）所示［8］。

图17-6　通过第一个ZnTe发射器产生太赫兹辐射，再通过第二个ZnTe电光取样器对太赫兹波场进行检测的实验装置（a）以及检测到的太赫兹场时间波形（b）、相应的太赫兹场振幅频谱（c）［8］

与太赫兹脉冲产生时的情况相类似，太赫兹的带宽检测结果也取决于采样激光脉冲的宽度、电光晶体的性质和它的厚度。通常用于太赫兹发射的光整流材料，如ZnTe，GaSe，DAST以及极化聚合物等，也可用于基于电光取样的太赫兹波形探测［9，30～32］。