THz波的波长与线宽测量方案

一原理与公式

太赫兹波是指光波频率在0. 1~ 10THz的范围内, 它是位于外线和微波之间的一个波段, 通常也叫TH z 波。目前用于远红外波段的光谱仪或波长计不能满足太赫兹波段波长测量的需要。

而由金属网栅构成的法布里- 珀罗干涉仪是一种用于THz 波波长测量和太赫兹波光谱仪的一种有效手段。

太赫兹分辨率

太赫兹分辨率公式[1]

v=∆V/F

（∆V是光谱自由程，F为精细度Finesse）

∆V=C/2nL

（C为光速，n是腔内介质的折射率，空气中近似设为1）

所以，

v=C/2LF

通过该公式，若F已知，即可求出对应光谱分辨率所需要的腔长：

波长测量方法

依据公式[2]

其中It是透射光强, I0入射光强, R是网栅光强反射率, A是网栅吸收率, 为光束在两网栅之间往返一次产生的相位差。It 随发生周期性变化, 当满足: = 2k, k= 1, 2, 3,  ……时, 透射光束在会聚点有最大光强:

当满足: = ( 2 k+ 1 ) , k = 1, 2, 3,  ……时, 透射光束在会聚点有最小光强:

其中T = 1-R-A; 每当增加 2, It就会出现一次极大值和极小值。在测量时, 使其中在测量时, 使其中的一个网栅固定, 另一个网栅固定在位移平台上, 通过移动位移平台来改变两网栅之间的距离。由于=4nd/, 其中 d 是两网栅之间的间距, 是太赫兹波在真空中的波长, n 是两网栅之间介质的折射率,所以当 d 改变时, It 就会发生周期性变化。根据式Airy方程 , It随 d 的变化周期为/ 2 n, 描绘出 It 随 d 的变化曲线, 曲线的周期即是/ 2n, 这样就得到了太赫兹波长

二.  FP腔干涉仪配置与性能介绍

 FP腔干涉仪用于测量太赫兹波长与线宽。包括网格金属反射镜扫描台、线性扫描器与控制软件等。

主要技术参数:

测量频率范围1）：10-100cm-1(可拓展)；分辨率：20-120MHz（根据客户要求）

反射镜精细度（与反射波长有关，最大值）：100或1000

三测量方案：

THz源：待测产生THz光的源

FPI干涉仪：THz法布里-玻罗干涉仪

信号显示：示波器或数模转换装置

注意事项：

[1]THz光通过FPI干涉仪时，会有极强的衰减。使得入射至探测器上的信号很弱。所以要求Golay探测器具有极高灵敏度，即探测下限具备nW的水平。

[2] FPI干涉仪腔长越长，光谱分辨率越高。但是THz光在空气中的传播距离也就越多，信号会有衰减。建议选择合适的光谱分辨率。如果必须要高分辨，建议将FPI干涉仪放入一个保护罩内，内充氮气等。或者采用更高精细度的反射镜

四．引用文献：

[1]戴姆特瑞德W. 激光光谱学基本概念和仪器手段[ M] . 北京: 科学出版社, 1989, 95- 99.

[2]Ulrich R, etal . . Tunable submillimeterinterferometers of the Fabry-Perot type[ J ] . Mic row av e T heory and T echniques, 1963, 11( 5) : 363- 371.

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