基于超快超强激光的强场太赫兹辐射源通常具有较低的重复频率，此类辐射源的表征和应用对太赫兹时域波形和频谱测量技术提出了新要求。介绍了中国科学院物理研究所光物理重点实验室发展的几种针对太赫兹脉冲时域波形和频谱的单发测量系统，重点讨论了每种方案的设计原理和特点。这些单发探测方案适用于低重复频率的强场太赫兹脉冲源，有助于准确表征太赫兹辐射性质、深入理解太赫兹产生机制、拓展强场太赫兹应用范围。

针对NTN技术的脉冲波形参数国家基准已无法完全满足目前超高速电脉冲波形测量和校准的现状,构建了基于电光采样技术的脉冲波形参数测量系统,自主设计并制备了钽酸锂基共面波导结构的高频电光调制器,通过网络分析系统测量得到了其3 dB频率响应可达100 GHz。以高速光电探测器输出的电脉冲波形作为待测信号,对系统参数进行了详细的分析和优化。在优化完善的基础上,最终实现了对70 GHz高速光电探测器输出电脉冲波形的精密测量,获得的波形的上升时间和半峰全宽分别为4.6 ps和5.0 ps,这将为我国基于电光采样技术脉冲波形参数国家基准的建立和持续提升提供参考。

太赫兹时域频谱技术(terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)是近年发展起来的一项新技术, 它可同时获取太赫兹脉冲与物质相互作用的电场强度和位相信息的。对被测样品的透射或反射太赫兹波信号进行傅里叶变换, 能够精确地表征样品随太赫兹频率变化的光学、电学和介电特性。概述了利用光电导天线、光整流、空气等离子体等方式产生太赫兹波, 以及利用光电导天线、电光取样、空气等离子体等探测太赫兹波的方法。阐述了THz-TDS系统的原理、组成和特点, 以及THz-TDS技术在各领域的应用。最后对THz-TDS技术的未来发展趋势进行了展望。

为了测量太赫兹波聚焦点附近不同位置的太赫兹时域信号图对飞秒脉冲强激光在空气中进行聚焦,在形成空气等离子体细丝通道的同时辐射出锥型太赫兹波,并用离轴抛物面金镜收集和聚焦太赫兹波。利用电光采样系统来探测太赫兹波,得到其频谱宽度约为4 THz。通过对比分析得出,会聚的太赫兹波同样具有古依相移效应。

在用太赫兹时域光谱(THz-TDS)系统测量样品THz吸收光谱的过程中, 电光采样系统的采样误差往往导致测得的THz吸收频率与真实值间存在偏差。 针对此问题, 利用一氧化碳(CO)分子THz吸收峰的分布特性研究了对THz-TDS系统测量数据进行修正、 从而提高THz吸收频率测量精度的方法。 首先通过实验测得了2.0×105 Pa 压强下CO气体的一系列等间隔分布的THz吸收峰, 然后把测得的吸收峰峰位与JPL标准数据库中CO分子的吸收频率进行对比, 得到了实验数据的误差值。 通过分析误差值随吸收频率的分布规律, 发现二者间呈正线性相关, 在此基础上拟合得到了实验数据的误差修正模型。 用所建立的模型对实验数据进行修正后, 最大误差值为3.36 GHz, 较修正前降低了两个数量级, 表明根据CO分子的THz吸收峰可有效修正THz-TDS系统的测量误差, 从而提高THz吸收光谱的精度。 本研究对材料分析识别以及分子光谱标准数据库的建立具有重要意义。

介绍了电光采样法测量电子束束团长度的实验原理和装置,理论分析并模拟计算了被测电子束团库仑场分布、ZnTe晶体的电光效应与束团电场的关系,并利用琼斯矩阵法分析了探测光通过电光晶体时在束团电场作用下的偏振变化、测量信号与束团长度的关系等.分析表明:测量中应使束团库仑场垂直于ZnTe的[001]方向,探测光偏振方向与ZnTe晶体y″轴成45°或者135°夹角,1/4波片快轴与探测光偏振方向夹角应取45°,这时平衡探测器输出信号与束团库仑场Eb成正比.1/4波片的作用是将电光晶体的工作点从非线性段移到线性段,平衡探测的作用是简化信号与Eb的关系,并提高信噪比.为实际测量应用提供参考.

建立了基于增益开关半导体激光器的非接触电光采样系统。利用电光晶体的Pockels效应,以LiTaO3晶体制做成微小的电场传感器,对梳状波信号进行了测试。实验结果与取样示波器测得结果相符。系统的时间分辨率为25 ps,最小可测电压为20 mV。

本文描述了Cr:GaAs-LiTaO3开关——行波普克尔盒的设计结构.用飞秒激光脉冲作激发、探针脉冲,采用电光采样技术,产生并测量到了上升沿约为5ps的超快电脉冲,并从Yamashita的微带设计方程出发,运用准TEM波近似,分析了微带线的色散特性及ps电脉冲在微带中传播时的波形畸变,电脉冲较陡的上升沿在传播过程中被展宽而下降沿变陡.

本文报道了一种用于表征超快电脉冲瞬态特性的超高速电光采样技术,利用电光晶体行波普克尔效应和高重复率飞秒脉冲染料激光系统,获得结果是时间分辨率小于1ps,电压灵敏度小于50μV。测出了Cr:GaAs光电导微带开关的瞬态波形和微带传输线的色散特性。