太赫兹波的产生及探测方法综述
太赫兹技术的工作原理
太赫兹技术的工作原理太赫兹技术是一种新兴的射频技术，在电子通信、材料科学、医疗影像等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍太赫兹技术的工作原理，包括太赫兹波的产生、检测以及相关设备的原理，以及其在不同领域中的应用。
一、太赫兹波的产生太赫兹波是电磁波谱中频率介于红外光和微波之间的一段区域，其频率范围约为0.1-10太赫兹（1太赫兹=10^12赫兹）。
产生太赫兹波的方法主要有两种：通过非线性光学效应产生和通过自旋极化电流产生。
1. 非线性光学效应产生太赫兹波非线性光学效应是指在高光强作用下，光的电磁场与介质中的电子或原子之间发生相互作用，产生新的频率成分。
其中最常用的方法是使用飞秒激光来激发非线性光学介质，如晶体或者溶液中的介质，通过非线性发射或非线性吸收效应产生太赫兹波。
2. 自旋极化电流产生太赫兹波自旋极化电流是指在适当的材料中，通过激光或电流激发，导致材料中的自旋极化电子发生运动，从而产生太赫兹波。
利用自旋极化电流产生太赫兹波的方法有很多，包括自旋共振和自旋输运等。
二、太赫兹波的检测太赫兹波的检测方法多种多样，常见的方法有光电探测器和太赫兹光谱仪。
以下是两种常用的检测方法的原理介绍。
1. 光电探测器光电探测器是通过感光材料将光信号转化为电信号的装置。
在太赫兹波的检测中，常用的光电探测器有铁电探测器、氘探测器和双光子探测器等。
光电探测器的工作原理是光子的能量可以激发感光材料中的电子从而引起电流产生，通过测量电流大小，可以获得太赫兹波的强度信息。
2. 太赫兹光谱仪太赫兹光谱仪是用于测量太赫兹波频率和幅度的装置。
太赫兹光谱仪一般由光源、样品和探测器三部分组成。
其中光源通常使用飞秒激光、光电导天线或者紧凑型太赫兹源等。
样品可以是材料的薄膜、晶体或者液体等。
通过探测器检测被样品散射或吸收的太赫兹波，进而推导出样品的频率特性和折射率等信息。
三、太赫兹技术的应用太赫兹技术在许多领域中得到广泛的应用，本节将介绍其在电子通信、材料科学和医疗影像等方面的具体应用。
太赫兹波技术在材料检测中的应用研究
太赫兹波技术在材料检测中的应用研究随着科技的不断发展和进步，太赫兹波技术逐渐引起人们的关注和重视。
太赫兹波技术是一种近年来兴起的新型光电子技术，它在许多领域都具有广泛的应用，如通信、安全检测、医学等。
而在材料检测领域，太赫兹波技术的应用也受到了越来越多的关注和研究。
本文将探讨太赫兹波技术在材料检测中的应用研究，并介绍其基本原理和优势。
一、太赫兹波技术的基本原理太赫兹波技术（Terahertz wave technology）是一种集成了光学、电子、声学和量子等多种学科的交叉学科。
太赫兹波是介于微波和红外光之间的电磁波，波长在0.1mm到1mm之间，频率在100GHz到10THz之间。
与其他电磁波不同的是，太赫兹波电磁波穿透力强，对许多材料有显著的吸收和反射效应，因此可以用于研究材料的结构、内在特性和物理性质等。
太赫兹波的产生一般有两种方式：第一种是通过激光与光学材料相互作用，产生光学脉冲，然后利用光学脉冲的非线性效应产生太赫兹波；第二种是通过电子束或者超短脉冲产生太赫兹辐射。
无论采用哪种方式，太赫兹波的产生都需要高精度的光学元件、脉冲激光器、电子加速器等专业设备。
二、太赫兹波技术在材料检测中的应用太赫兹波技术的特点在于可以实现非破坏性检测，同时对固体、液态、气态等多种材料都有很好的穿透性和反射性，因此在材料检测中具有广泛的应用。
1. 材料成分检测太赫兹波可以很好地穿透许多材料，包括塑料、纸张、金属等，因此可用于检测材料中的成分、混合物比例、化学结构等。
太赫兹波辐射在物质中发生吸收、散射、透射和反射等反应，不同物质对太赫兹波反应的特性不同，利用这些特征可以定量或定性地分析材料中的成分和结构。
2. 材料缺陷检测太赫兹波对材料缺陷具有敏感性，可以有效地检测到物质内部的缺陷、裂纹、孔洞、变形等问题。
太赫兹波能够探测金属、橡胶、陶瓷、塑料、纸、玻璃、极化材料等不同材质中的缺陷，并可以测量其形貌、尺寸和位置等关键参数。
太赫兹技术探测潜艇原理
太赫兹技术探测潜艇原理潜艇作为一种具有隐蔽性强的水下作战平台，一直以来都是海军力量的重要组成部分。
为了保证海上安全和国家利益，各国海军需要掌握潜艇的位置和行动情况。
然而，由于潜艇在水下行动，传统的探测手段如声纳、磁力计等存在一定的局限性，因此研究人员开始探索新的技术手段，其中以太赫兹技术成为了一种备受关注的潜艇探测技术。
以太赫兹技术是指在太赫兹频段（1THz=10^12Hz）范围内进行信号传输和探测的一种技术。
太赫兹波在电磁频谱中处于微波和红外之间，具有较高的穿透力和较高的空间分辨率，因此被广泛用于材料检测、安检、通信等领域。
在潜艇探测方面，太赫兹技术通过探测潜艇所产生的电磁辐射信号，实现对潜艇的定位和追踪。
太赫兹技术探测潜艇的原理主要包括两个方面：太赫兹波的发射和接收以及信号处理与分析。
太赫兹波的发射是实现潜艇探测的第一步。
太赫兹波的发射源可以是太赫兹激光器或太赫兹天线。
太赫兹激光器是一种能够产生太赫兹波的光源，利用半导体材料的光电效应或激光光纤的非线性光学效应来产生太赫兹辐射。
太赫兹天线则是一种能够发射和接收太赫兹波的装置，它可以将电磁信号转换成太赫兹波，并将太赫兹波转换成电信号。
通过太赫兹波的发射，可以实现对潜艇的初步探测。
太赫兹波的接收是实现潜艇探测的关键一步。
太赫兹波的接收主要通过太赫兹天线完成，它能够接收到潜艇所产生的太赫兹辐射信号。
这些信号可以是潜艇的电磁辐射、微弱的热辐射以及可能的反射波等。
太赫兹天线将接收到的太赫兹波转换成电信号，并通过信号放大和滤波等处理，提取出与潜艇相关的信息。
信号处理与分析是太赫兹技术探测潜艇的重要环节。
接收到的太赫兹信号经过放大、滤波和调制等处理后，进一步提取出潜艇的特征信息。
这些信息可以包括潜艇的位置、速度、方向等。
通过对这些信息的分析和比对，可以实现对潜艇的定位和追踪，进而掌握潜艇的行动情况。
总结起来，以太赫兹技术探测潜艇主要通过太赫兹波的发射和接收以及信号处理与分析来实现。
太赫兹波技术的原理与无损检测应用
太赫兹波技术的原理与无损检测应用在当今发展迅速的科技领域中，太赫兹波技术作为一项新兴的技术领域，具有广泛的应用前景。
本文将介绍太赫兹波技术的基本原理，并探讨其在无损检测领域的应用。
太赫兹波技术源于电磁波谱的太赫兹频段，频率范围位于红外光波和微波之间，波长在0.1毫米至1毫米之间。
太赫兹波具有穿透力强、频率高、波长短等特点，能够对物质的吸收、透射和反射情况进行分析。
太赫兹波的传输和检测技术主要包括光学、电子学和量子学等方面的研究。
太赫兹波技术的原理主要基于物质与太赫兹波之间的相互作用。
当太赫兹波与物质相交互作用时，会发生反射、透射、散射等现象。
这些现象会导致太赫兹波的幅值、相位发生变化，通过对太赫兹波的幅值和相位的测量，可以获取物质的信息。
太赫兹波技术可以对材料的导电性、介电性、生物学性质等进行无损检测，广泛应用于材料科学、生物医学、安全检测等领域。
太赫兹波技术在材料科学领域的应用颇具潜力。
利用太赫兹波的传输特性，可以非接触地对材料的物理性质进行表征。
例如，太赫兹波技术可以用于非破坏性地检测材料的缺陷和异质性。
通过扫描样品，可以获取太赫兹波的反射和透射信号，进而分析材料的吸收和散射情况，从而判断材料中可能存在的缺陷和异质性区域。
在生物医学领域，太赫兹波技术也被广泛应用于生物组织的无损检测。
由于太赫兹波在生物组织中的吸收和散射特性与其他波段相比具有独特性，因此可以用于对皮肤、骨骼、肌肉等组织的检测。
太赫兹波技术可以通过扫描人体，获取太赫兹波的反射和透射信号，进而对皮肤疾病、骨质疾病等进行无损检测，为医疗诊断提供可靠的数据支持。
在安全检测领域，太赫兹波技术具有独特的优势。
由于太赫兹波可以穿透很多物质，并且对生物组织无辐射危害，因此可以用于安全探测，例如探测隐蔽武器、爆炸物、毒品等。
太赫兹波技术可以通过对物体内部的太赫兹波反射和透射信号进行分析，检测物体的形状、组成和密度等信息，从而实现对潜在危险物质的无损检测。
太赫兹原理
太赫兹原理太赫兹波段是电磁波谱中的一个特殊频段，位于红外和微波之间，频率范围大约在0.1-10 THz。
太赫兹波具有许多独特的特性，使得它在无线通信、医学诊断、安全检测等领域具有广阔的应用前景。
了解太赫兹波的原理对于深入研究其应用具有重要意义。
太赫兹波的产生原理主要有两种，一种是通过光学方法产生，另一种是通过电子方法产生。
光学方法产生太赫兹波通常是利用超快激光脉冲与介质相互作用，产生太赫兹脉冲。
而电子方法产生太赫兹波则是利用电子束与介质相互作用，通过非线性光学效应产生太赫兹波。
这两种方法各有优劣，可以根据具体应用需求选择合适的方法。
太赫兹波在介质中的传播具有一些特殊的性质。
太赫兹波在绝缘体中的传播通常是通过介质的振动和电子的偶极矩共振来实现的，因此在介质中的传播损耗相对较小。
此外，太赫兹波在金属中的传播也具有一些特殊的性质，可以通过表面等离激元的激发来实现。
这些特殊的传播性质使得太赫兹波在材料的检测和成像中具有独特的优势。
太赫兹波的探测原理主要是利用太赫兹波与物质相互作用的特性。
太赫兹波可以穿透许多非极性材料，因此可以用于检测材料的内部结构。
同时，太赫兹波也可以被许多物质吸收或反射，因此可以用于检测物质的成分和表面形貌。
这些特性使得太赫兹波在材料的非破坏性检测和成像中具有广泛的应用前景。
总的来说，太赫兹波的原理包括产生原理、传播原理和探测原理。
通过对太赫兹波的原理进行深入的研究，可以更好地理解太赫兹波的特性和应用，为太赫兹技术的发展提供理论基础和技术支持。
随着太赫兹技术的不断发展和完善，相信太赫兹波在更多领域将发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
太赫兹检测原理
太赫兹检测原理引言：以太赫兹（THz）技术是一种新兴的电磁波谱技术，其工作频率介于红外光和微波之间，具有很高的穿透力和较高的分辨率。
以太赫兹检测原理是指利用以太赫兹波在物质中的传播特性，通过对物质进行扫描和分析，获取物质的结构和性质信息的一种方法。
一、以太赫兹辐射的产生以太赫兹辐射的产生主要依靠两种方法：光学方法和电子方法。
光学方法是通过激光器产生短脉冲的光束，然后通过光学器件将其转换为以太赫兹波。
电子方法是利用光电探测器或光电子发射器接收或产生短脉冲的电子束，然后通过电子的运动产生以太赫兹波。
二、以太赫兹辐射的特性以太赫兹辐射具有许多独特的特性，使其在检测领域得到广泛应用。
首先，以太赫兹波在大部分非金属材料中具有很好的穿透力，可以穿透塑料、衣物、纸张等常见材料，使得以太赫兹技术在安检、医疗、文物保护等领域有着重要的应用价值。
其次，以太赫兹波具有较高的分辨率，可以对物质的微观结构进行研究和分析，有助于了解物质的组成和内部构造。
此外，以太赫兹波还具有无害性和非接触性的特点，不会对人体和被检测物体造成损伤。
三、以太赫兹波在物质中的传播特性以太赫兹波在物质中的传播受到物质的吸收、散射和透射等因素的影响。
其中，吸收是指以太赫兹波在物质中能量被吸收转化为内部能的过程，主要由物质中的分子振动引起。
散射是指以太赫兹波在物质中遇到不均匀介质时，波的传播方向发生改变的现象。
透射是指以太赫兹波从一个介质传播到另一个介质的过程，其透射率与两个介质的折射率和入射角有关。
四、以太赫兹检测的应用领域以太赫兹技术在许多领域都具有广泛的应用前景。
首先，在安全领域，以太赫兹技术可以用于安检，如检测爆炸品、毒品等违禁品。
其次，在医疗领域，以太赫兹技术可以用于皮肤病的早期诊断和治疗监测。
此外，以太赫兹技术还可以应用于文物保护、材料科学、食品安全等领域。
例如，通过以太赫兹技术可以非破坏性地检测和鉴别文物的真伪、分析材料的成分和结构等。
太赫兹原理及应用
太赫兹原理及应用太赫兹波（Terahertz waves）是指频率范围在300 GHz到10 THz之间的电磁波。
与可见光和红外线相比，太赫兹波具有较长的波长和低能量，并处于电磁谱中所谓的"太赫兹间隙"（THz Gap）区域。
太赫兹波的产生、探测和应用领域已经得到了广泛的研究和发展。
本文将介绍太赫兹波的原理和应用。
太赫兹波的产生与检测是太赫兹技术的关键之一、产生太赫兹波的方法包括通过光学非线性效应、光电子发射、自由电子激发等。
光学非线性效应是指通过光束与物质相互作用，产生高次谐波或混频效应，进而产生太赫兹波。
光电子发射是指通过使用紫外光激发金属或半导体表面的自由电子，产生太赫兹波。
自由电子激发是指通过高能电子束轰击其中一种材料（如金属或半导体），产生太赫兹波。
检测太赫兹波的方法包括光电探测、热电探测、双晶探测等。
光电探测是指通过将太赫兹波照射到光电探测器上，利用光电效应将太赫兹波转化为电信号。
热电探测是指通过太赫兹波的吸收，使探测器产生温度变化从而产生电信号。
双晶探测是指通过将太赫兹波照射到一个非线性晶体上，在晶体中产生激发电荷，从而在两个电极上产生电流信号。
太赫兹波的应用领域非常广泛。
在通信领域，太赫兹波被用作无线通信的一种替代解决方案，具有高速传输和大带宽的优势。
太赫兹无线通信可以穿透衣物、纸张和塑料等各种材料，因此可以用于隐私保护和非侵入性的检测。
在安全检测领域，太赫兹技术可以用于探测和识别爆炸品、毒品和可疑物品等。
太赫兹波可以穿透多种物质，而且与X射线相比，辐射剂量小，不会对人体产生明显的伤害。
在材料检测领域，太赫兹波可以用于分析和检测材料的结构和成分，例如用于药物颗粒的表征，食品和农产品的质量检测等。
太赫兹光谱学是利用太赫兹波进行分析材料的一种方法，可以获得材料的特征光谱信息，因此在生物医学、化学和物理等领域得到广泛应用。
此外，太赫兹波还有许多其他的应用。
在无损检测领域，太赫兹波可以用于检测材料中的缺陷、裂纹和腐蚀等。
物理实验技术中的太赫兹波测量技巧
物理实验技术中的太赫兹波测量技巧太赫兹波是一种处于电磁波谱中频率介于红外线和微波之间的波段，其频率范围通常为0.1至10太赫兹。
太赫兹波的特点在于其对物质的非破坏性探测以及对物质的特征频谱的敏感性。
因此，在材料科学、生物医学以及安全检测等领域，太赫兹波的应用越来越广泛。
然而，由于太赫兹波的波长较长，传统的测量技术在太赫兹波领域的应用受到了一定的限制。
因此，发展与完善太赫兹波测量技巧对于推动太赫兹波的应用具有重要的意义。
首先，在太赫兹波测量中，选择合适的太赫兹波源至关重要。
太赫兹波的发生需要一个强度较高的太赫兹波源。
目前常用的太赫兹波源有光电探测器和太赫兹时域光谱仪等。
光电探测器是通过光电效应将光信号转换为电信号的装置，其可以测量相对较弱的太赫兹波信号。
太赫兹时域光谱仪是一种利用太赫兹波与材料相互作用的原理进行测量的技术。
在选用太赫兹波源时，需要根据具体测量需求选择合适的波源，从而获得准确的实验结果。
其次，在太赫兹波测量中，采用适当的探测技术也十分重要。
目前常用的太赫兹波探测技术有共焦探测技术和成像技术等。
共焦探测技术是通过聚焦太赫兹波信号，并将其转换为电信号进行测量的方法，具有较高的灵敏度和分辨率。
成像技术可以将整个样品表面的太赫兹波信号快速获取，从而得到样品的空间分布信息。
在选择太赫兹波的探测技术时，需要根据具体的测量需求和样品性质选择合适的技术，以确保测量结果的准确性和可靠性。
此外，在太赫兹波测量中，消除背景噪音对实验结果的影响也是一个重要的问题。
太赫兹波的测量通常会受到来自于环境和仪器本身的噪音干扰，降低测量的信噪比。
为了减小噪音对测量结果的影响，可以采用不同的方法进行背景噪音的去除。
例如，可以通过测量背景的太赫兹波信号并与实际测量结果进行相减，以消除噪音引起的干扰。
此外，还可以利用滤波器对太赫兹波信号进行处理，去除噪音成分，提高信号的纯度。
通过合理的噪音抑制方法，可以提高太赫兹波测量的精度和可靠性。
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图七
光电导天线采样原理示意图
3、空气探测方法
空气探测法是一种新的 THz 探测方法，该种方法利用飞秒激光与空气等离 子体相互作用产生较强的太赫兹波脉冲辐射的原理，从而探测到太赫兹波的时 域波形。2006 年，Jiangming Dai 和 X.-C. Zhang 等人，根据 THz 辐射的产生 和探测是互逆过程这一理论， 利用三阶非线性性质实现了空气等离子体探测 THz 电场。 该方法利用空气做介质，在外加偏置电场下利用探测光离化空气产生等离 子体并辐射激光脉冲的二次谐波，相干探测太赫兹波脉冲，因此也称为 Air-Biased-Coherent-Detection， 即 ABCD。 在太赫兹波辐射源较宽的情况下， 空气探测方法不受晶体声子吸收的影响， 因此它所探测到的谱能够覆盖整个 “太 赫兹波间隙”，目前报道的利用该方法探测已经可以得到 30THz 的谱，因此这
图四
等离子体有质动力产生太赫兹波
另一种较为普遍的等离子体产生太赫兹波方法为四波混频过程辐射太赫 兹。将基频（800nm）和倍频（400nm）光束同时聚焦作用于气体，使气体电离 形成气体等离子体，等离子体作为辐射源向外辐射太赫兹波，该过程的实质是 一个三阶的非线性四波整流（ 混频） 过程 ，称之为 Four Wave Rectification-FWR （或 Four Wave Mixing-FWM）。 图五为四波混频辐射太赫兹示意图。
太赫兹波在电子学领域处于亚毫米波区域,在光谱学领域处于远红外区域, 由于处于传统电子学和光子学领域的连接过渡区域,故而太赫兹波相比其他波 段具有很多独特的性质： （1）宽带性：一个太赫兹脉冲通常包含一个或多个周期的电磁振荡，单个 脉冲的频带很宽，可以覆盖从到几十个的范围，可以在大范围研究物质的光谱 性质。 （2）瞬态性：太赫兹波的典型脉宽在亚皮秒量级，不但可以进行亚皮秒、 飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，而且可以通过取样测量的手段，来有效防止背 景辐射噪音的干扰。 （3）低能性：太赫兹波的光子能量很低。1THz 的光子能量通常只有 4meV， 一般是射线光子能量的百万分之一，因此它并不会对生物体和细胞产生有害的 电离，便于对生物体进行活体检验。 （4）相干性：太赫兹波具有很高的空间和时间相干性，辐射是由相干的激 光脉冲通过非线性光学差频产生，或是由相干电流驱动的偶极子振荡产生的， 它具有非常高的空间和时间相干性。它用来研究分析材料的瞬态相干动力学问 题有很大的优势。 （5）透射性：除了金属和水对有较强的吸收，对其他物质都有很好的穿透 性，因此波在安全检查和反恐领域的应用前景普遍被人们看好。 （6）很多极性大分子的振动能级和转动能级正好处于频段范围，它们的光 谱包含有丰富的物理和化学信息，因此使用光谱技术分析和研究大分子有着广 阔的应用前景。
图九
傅立叶变换红外光谱探测太赫兹波实验原理图
5、单发探测方法
A）“光谱编码”技术 “光谱编码”(Spectral-encoding) 方法中首先需要把飞秒级探测光脉冲 经过啁啾使得脉宽延长到皮秒级，让其与太赫兹波脉冲同时通过电光晶体，由 于太赫兹波对晶体的电光效应改变了晶体的光学性质，从而能够改变探测光的 偏振。而后用光谱仪测得探测光的光谱分布，与没有太赫兹波通过的背景光谱 进行比较，两者相减，即可得到太赫兹波脉冲的时域波形。改变探测光与太赫 兹波的延迟，测得新的光谱。由于时间延长不同，前后两次的光谱差值略有不 同，光谱的间距即可定标出时间的长度。从而可以由光谱分布得到时域波形。 利用“频谱编码”得到的太赫兹波脉冲时间分辨率受到谱宽、脉宽不确定 性的影响，因此这种方法难以测量高频太赫兹波脉冲。但是在实验上比较容易 实现。在对太赫兹波频谱分辨率要求不高的情况下，该方法是一种较为常用的 太赫兹波单发探测方法。 B）“空间编码”技术 从同一束激光分出的两束激光倾斜入射到非线性晶体上，二者与法线的夹 角为 a，光束空间宽度为 x。在这种光路中，两束光必须在时间上同步。经过 非线性晶体后，会产生二者的和频信号，改变其中一个光束的延迟，可以逐步
图二 B）光电导天线产生太赫兹
光整流法产生太赫兹波
光电导天线是产生和探测太赫兹波过程中使用最广泛的器件之一，它可以 看作一个光电开关。它是使用高速光电导材料来作为瞬态电流源，从而向外辐 射太赫兹。图三为光电导天线产生太赫兹波示意图。 在这些光电导半导体材料表面上淀积着金属电极制成的偶极天线结构。金 属电极的作用是对这些光电导半导体施加偏压，当超快激光打在两电极的光电 导材料上时，会在其表面瞬间产生大量的电子空穴对。这些光电自由载流子会 在外加偏置电场和内建电场的作用下作加速运动，从而在光电半导体材料的表 面形成瞬变的光，最终这种快速、随时间变化的电流会向外辐射出脉冲。
图五
四波混频辐射太赫兹
这种用激光诱导气体等离子体产生太赫兹波源方法不但提供了强太赫兹波 辐射，对于揭示深层的激光场相干控制电子轨迹、微观光离化电流的形成都有 重要意义。
2、窄带太赫兹的产生方法
处于 太赫兹波段，就会产生激光，此种方法产生的辐射频率一般情况下是不可调的， 而且通常需要一个较大的激光腔，泵浦功率一般超过千瓦。 B）光学混频产生太赫兹辐射 用可调谐的激光器产生两束频率有微小差别的激光束，把它们进行混频， 同时将它们的拍频调整到波段，把经过混频的激光信号照射进光电导体，光电
种方法大大拓展了太赫兹波 TDS 应用。 图八所示是空气探测法采样太赫兹波实 验原理图。
图八
空气探测法采样太赫兹波实验原理图
4、傅立叶变换红外光谱
傅立叶变换红外光谱即 Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)，是一种相干的、利用麦克尔逊干涉方法来测量红外光谱的技术。它可 以直接推广到远红外波段，因此可以测量太赫兹波。图九是 FTIR 的实验原理 图。高阻硅片用作太赫兹波分光镜，其中一路太赫兹波光束固定光程，另外一 束用电动平移台来微调其光程，使两束太赫兹波发生干涉。太赫兹波干涉结果 由热释电探测器来探测。因此该实验得到的数据是两束太赫兹波干涉的结果， 经过傅立叶变换即可得到太赫兹波频谱分布，而太赫兹波相位信息不能得到。
太赫兹波的产生及探测方法综述
张洪英 （济南大学 物理科学与技术学院 山东 济南 250022）
摘要：太赫兹产生与探测技术是太赫兹研究领域的重要部分之一，本 文介绍了太赫兹波的性质， 综述了目前已知的多种产生与探测太赫兹 波的方法及太赫兹波产生与探测方法的原理， 并针对光学混频产生太 赫兹波进行了理论分析。 关键词：太赫兹 太赫兹波性质 太赫兹产生 太赫兹检测 一、引言
三、太赫兹波的产生
太赫兹波的产生方法有多种，据目前的研究阶段，太赫兹波可分为宽带太 赫兹及窄带太赫兹，下面介绍几种不同类型的太赫兹波的产生方法：
1、宽带太赫兹的产生方法
A）光整流法产生太赫兹
光整流是一种非线性效应，是光电效应的逆过程，光整流过程也称为光致 直流电场过程，是一个二阶非线性过程。一般来说，两束光束在线性介质中可 以独立传播，且不改变各自的振荡频率。然而在非线性介质中，它们将会发生 混合，会产生和频振荡和差频振荡现象。 如果入射到非线性介质中的是超短激光脉冲，则根据傅里叶变换理论，一 个脉冲光束可以分解成一系列单色光束的叠加，这些单色光将会在非线性介质 中发生混合。其中，由差频振荡效应会产生一个低频振荡的时变电极化场。这 个电极化场就可以辐射出太赫兹波。这与所辐射出的电磁波的频率上限与入射 激光的脉宽有关，如果入射激光的脉宽在亚皮秒量级，则辐射出的电磁波频率 的上限就会在太赫兹量级，这种效应被称为太赫兹光整流效应。图二所示为光 整流法产生太赫兹波示意图。
为了有效产生和探测太赫兹波，光电导天线对光电流的开关作用时间必须 在亚皮秒量级。光电导天线“打开”的时间由激光脉冲周期决定，而“关闭” 的时间由天线衬底中的光生载流子寿命决定。
图三
光电导天线产生太赫兹波
C）激光气体等离子体产生太赫兹波 实验中发现，强激光与气体靶、固体靶相互作用都可以产生太赫兹波辐射， 通过将能量为几十微焦的飞秒激光脉冲在空气中聚焦，当激光功率密度达到一 定阈值后，空气分子被强激光迅速电离，电离区域内的气体分子对激光进一步 强烈吸收，气体温度快速升高，导致气体完全电离形成高度电离的空气团（等 离子云）作为辐射源向外辐射太赫兹脉冲。 激光直接诱导等离子体辐射太赫兹波的原理是有质动力作用于等离子体产 生瞬变的空间电场，这一过程可以看成频率“下转换”机制，即高频的激光 （800nm）经过等离子体后辐射低频的太赫兹波（sub-mm），相当于“高频”能 量转移到“低频”能量。图四为等离子体有质动力产生太赫兹波示意图。
压，促使载流子加速运动产生正比于 THz 脉冲电场瞬时值的电流。通过改变探 测器波束和太赫兹脉冲的时间延迟，可以得到整个太赫兹电场随时间的变化情 况。 其中，实现光电导天线探测的一个重要环节是光生瞬态电流的探测，典型 的光生电流幅值一般为几个纳安，因此必须使用微电流放大器实现微弱电流信 号的测量。图七所示是光电导天线采样原理示意图。
太赫兹波（THz）是频率介于微波和红外波段之间的电磁辐射，通常是指频 率位于 0.1THz—10THz 之间的电磁波，它在电磁波谱中位于微波与红外之间，因 此也称为 “太赫兹波间隙” 。 是电磁波谱上， 由电子学向光子学过渡的特殊区域， 如图一所示。
图一
太赫兹波在电磁波谱中的位置
二、太赫兹波的性质
图六
自由空间电光取样示意图
2、光电导天线探测方法
光电导天线取样是常用探测辐射的一种方法，材料科学和半导体技术的发 展使得大面积光电导材料 (如砷化镓 Ga As) 成为可能，而其经过加工成为光 导天线、光开关，结合超短激光脉冲即可用来产生和探测太赫兹波脉冲。 光电导天线采样是基于光电导天线产生辐射的逆过程：光电导天线用于探 测时，电极之间没有外加偏置电压，而是连接一个微电流放大器以测量由 THz 电场驱动的微弱电流信号。探测光脉冲激发光电导衬底材料产生自由载流子， 太赫兹脉冲传输到探测天线电极之间，相当于给光电导天线施加了一个偏置电