第三章 太赫兹波的探测
第三章 太赫兹波的探测
第三章太赫兹波的探测就太赫兹波的研究领域来说，太赫兹信号的探测也是一项十分重要的内容。
由于目前太赫兹辐射源的发射功率较低，而且还耦合了相对较强的热背景噪声，所以要想探测太赫兹信号，就得用高灵敏度的探测手段才能得以实现。
在宽波段太赫兹信号的探测中，基于热吸收的直接探测方法是最常用的手段。
但是这些探测方法都需要通过冷却来降低热背景噪声。
而通常的冷却方法就是利用液氦（He）来实现，或者是用冷却式的硅（Si）、锗（Ge）和锑化铟（InSb）热辐射测量仪来进行测量。
热电的红外测量仪器在太赫兹的波段也是可以使用的。
利用铌（Ni）在超导态和正常态之间的转变，科研人员已经根据这种超导技术成功地研制出了非常灵敏的热辐射测量仪。
另外，利用干涉仪也可以直接测得THz光谱信息。
最近的单光子探测器就是利用干涉仪技术实现了对太赫兹光子的探测。
这种探测装置，利用包含一个量子点的单光子晶体管在强磁场中工作,得到了其他方法所不能达到的灵敏度。
尽管这种测量的速度现在仍被限制在1ms左右，但是已经有人提出了高速探测的设想，如果这个设想实现的话，它将会在太赫兹探测领域引发另一场革命。
在需要高光谱分辨率的太赫兹信号探测中，比较常用的是外差式探测器。
在这样的系统中，探测器中的振荡器会以太赫兹量级的频率进行振动，并与接收信号发生混合。
如果对信号进行频率下转换，信号就会被放大，并且对它就可以进行测量了。
在室温条件中，利用半导体技术产生太赫兹辐射是可行的。
而且利用平面肖特基二极管混频器来产生 2.5THz的太赫兹波技术，已经成功地应用于空间技术中了。
如果利用高灵敏度的超导外差式探测器的话，在探测的过程中需要对探测器进行冷却。
在空间技术领域，还有一些别的超导器件比较常用。
其中应用最广泛的就要数超导-绝缘体-超导（SIS, superconductor-insulator-superconductor）结混频器。
高温超导体(如YBCO)则可以应用于更宽波段的测量当中。
太赫兹波的产生及探测方法综述
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。
太赫兹波的产生及探测方法综述
太赫兹波的产生及探测方法综述太赫兹波是指波长在0.1-10毫米之间的电磁波。
太赫兹波具有许多独特的特性和广泛的应用前景，因此研究太赫兹波的产生和探测方法成为了热门的研究领域。
本综述将对太赫兹波的产生和探测方法进行全面的介绍。
太赫兹波的产生主要有光电效应、非线性光学效应和热效应等方法。
其中，光电效应是太赫兹波产生的主要方法之一、光电效应是指在材料中光的作用下，电子从价带跃迁到导带产生的自由载流子。
当光照射到半导体材料上时，光子的能量大于带隙能量时，会激发束缚态电子跃迁到导带形成自由载流子，产生太赫兹波。
非线性光学效应也可以用于太赫兹波的产生。
非线性光学效应是指在高强度激光照射下，光与物质之间的相互作用呈现非线性关系。
当高强度的激光束照射到介质上时，光与介质之间会发生非线性的相互作用，导致太赫兹波的产生。
非线性光学效应产生的太赫兹波强度高，频率可调。
除了光电效应和非线性光学效应，热效应也可以用于产生太赫兹波。
热效应产生的太赫兹波是由物质的热扩散引起的，其原理是当被激发的物质发生热传导过程时，会产生短暂的局部温度变化，这种短暂的温度变化会产生太赫兹辐射。
太赫兹波的探测方法多样，主要包括光电探测器、热电探测器、激光诱导电偶极振荡探测器和局域场增强探测器等。
光电探测器是最常用的探测器之一，其基本原理是当太赫兹波照射到探测器上时，探测器会产生电信号，通过测量电信号的强度和波形，可以确定太赫兹波的强度和频率等参数。
热电探测器是另一种常用的太赫兹波探测器，其原理是利用太赫兹波的热效应，在热敏元件中产生电势差，从而测量太赫兹波的强度。
热电探测器具有灵敏度高、响应速度快的特点。
激光诱导电偶极振荡探测器是一种基于非线性光学效应的太赫兹波探测器，其原理是将太赫兹波转化为电偶极振荡信号。
通过测量电偶极振荡信号的频率和强度，可以确定太赫兹波的参数。
局域场增强探测器是一种基于纳米结构的太赫兹波探测器，其原理是利用纳米结构中的局域场增强效应，增强太赫兹波与探测器之间的相互作用，提高探测灵敏度。
太赫兹波辐射在探测方面的应用
太赫兹波辐射在探测方面的应用来源：；电子科技大学太赫兹研究中心四川太赫兹应用研究联合课题组关晓通编译对于夫琅和费材料和射线研究所（IWS）的德国科学家Michael Panzner以及他的团队来说，这是一个特殊的时刻：在德累斯顿卫生博物馆内，科学家们正在检测一幅被认为丢失已久的Gerhard Richter的壁画。
这幅画在Gerhard Richter将要离开民主德国（东德）之前就已经完成。
但在20世纪60年代，它又被重新画了一次。
但是相比于对这幅画的兴趣，Michael Panzer更感兴趣的是在这里第一次使用的新型探测器。
科学家们使用这种探测器检测了墙的分层结构和绘图区域的结构，并获得了重要的信息。
这个联合的项目是由夫琅和费材料和射线研究所（IWS），德累斯顿美术学院（HFBK），文物保护和考古研究所（FIDA）以及德国联邦教育与研究部（BMBF）的德累斯顿技术大学共同发起的。
根据Panzner介绍，太赫兹（THz）扫描仪具有不同于像X射线扫描仪等传统扫描仪的独特性能：不会引起任何损伤。
另外，不同于有害的X射线，太赫兹扫描不需要特别的许可就能进行。
因为太赫兹扫描仪产生的辐射功率在1微瓦以下，而通常情况下手机的辐射功率就能达到2瓦。
另外，探测结果提供了单层绘画区域和空白区域墙壁的具体数据。
通过这种方式，探测表明卫生博物馆内的一块区域的墙壁石灰经过了明显的修复，这也为修复该壁画提供了一个有价值的线索。
太赫兹扫描仪不仅发现了隐藏的壁画，还证明了在艺术品中存在杀菌剂。
图片提供者：© HFBK警告：受污染的艺术目前，因为展品中含有抗菌剂的原因，很多博物馆都不向大众展出一些珍贵的艺术品。
在20世纪70年代，完全出于好意，为了防止艺术品被虫蛀，古董纺织品以及木雕艺术品都被喷撒了杀虫剂。
现在人们已经知道这些药剂对健康是有害的。
人们正采取许多措施和净化手段来避免受到伤害。
IWS希望和其合作伙伴一起成立一个项目，以探究太赫兹技术应用于有机杀菌剂检测方面的可能性和局限性。
光泵浦太赫兹探测原理 optp
光泵浦太赫兹探测原理 optp光泵浦太赫兹探测原理（Optical Pumping Terahertz Probe, OPTP）是一种基于光泵浦的太赫兹波探测技术。
太赫兹波是指位于电磁频谱中红外光和微波之间的电磁波，具有穿透力强、非电离性、非破坏性等特点，被广泛应用于材料科学、生物医学、安全检测等领域。
光泵浦太赫兹探测原理的基本思想是利用光泵浦效应将激发态的原子或分子转移到另一种能级，从而在太赫兹波段产生探测信号。
具体而言，通过激光光束对样品进行照射，使样品中的原子或分子处于激发态。
然后，这些激发态的原子或分子会经过非辐射过程回到基态，并在这个过程中辐射出太赫兹波。
最后，通过检测太赫兹波的幅度和相位信息，可以了解样品的物理性质和结构特征。
光泵浦太赫兹探测原理的关键在于选择合适的光源和探测器。
对于光源来说，常用的有连续激光器、飞秒激光器等。
连续激光器具有高功率、高稳定性的特点，适用于需要较大功率的太赫兹波探测。
而飞秒激光器则具有高重复频率、短脉冲宽度的特点，适用于需要高时分辨率的太赫兹波探测。
对于探测器来说，常用的有光电探测器、双电极探测器等。
光电探测器可以将太赫兹波转化为电信号，具有较高的灵敏度和快速响应特性，适用于太赫兹波的强度检测。
而双电极探测器可以同时测量太赫兹波的幅度和相位信息，适用于太赫兹波的幅度和相位检测。
光泵浦太赫兹探测原理的优点是可以实现非接触、非破坏性的物质检测。
太赫兹波可以穿透许多非金属材料，如塑料、纸张、织物等，因此可以用于检测包装材料中的隐蔽物品，如爆炸物、毒品等。
此外，太赫兹波具有较高的穿透分辨率，可以对材料的内部结构进行显微观察。
这使得光泵浦太赫兹探测原理在材料科学领域的应用非常广泛，可以用于表征材料的电磁性质、晶格振动、电子输运等方面。
然而，光泵浦太赫兹探测原理也存在一些挑战和限制。
首先，太赫兹波在大气中的传播受到水汽和气体吸收的影响，因此在长距离传输和复杂环境中的应用受到限制。
太赫兹波探测器的研究进展
太赫兹波探测器的研究进展作者：仝文浩睢丙东王保柱来源：《科技风》2018年第01期摘要：太赫兹波具有瞬态性、宽带性、穿透性和低能性等独特的性质，在材料研究、信息传输、环境检测、国土安全、医疗健康等方面有着非常广阔的应用前景。
作为应用的关键，太赫兹探测器因此得到了各国研究人员的极大重视。
本文重点介绍了太赫兹的探测技术并对其进行总结和分类，并在此基础上分析了太赫兹探测器的发展趋势。
关键词：太赫兹；探测器太赫兹波（简称THz）的波长在0.03～3mm、频率在0.1～10THz范围内。
相对于其他波段来说，太赫兹波具有独特的优势。
例如，太赫兹波的低能性使其能够用于无损检测；强穿透性使得直接探测物品内部信息成为可能。
但是长期以来，由于太赫兹发射源和太赫兹探测技术的匮乏使得人们并未充分利用太赫兹技术的优势。
对于太赫兹探测器来说，其探測的主要难度主要在于太赫兹光子能量低使得易于收到背景噪声的影响。
从上世纪80年代起，随着一系列新技术和新材料的发展，太赫兹技术从此得以快速发展。
1 太赫兹探测技术的分类1.1 相干探测技术相干探测的优势在于灵敏度高、频谱分辨率高，其劣势在于结构比较复杂、成本高，主要有光电导天线采样法、自由空间电光采样法和外差法。
光电导天线采样法是利用光电导天线可以探测太赫兹脉冲，得到太赫兹脉冲的时域波形和频谱[1]。
其原理是使用半导体光电导天线作为太赫兹接收元件，探测激光脉冲照射到光电导天线的光电导间隙时激发光生载流子，如果恰好太赫兹源发出的脉冲电场入射到天线的表面，就会将载流子驱向天线的两极形成电势差，使得外接的电流指示器产生相应示数。
目前最常用的光导天线是在低温生长的砷化镓上制作的[2]，光电导天线探测器的最大带宽约为 2THz。
自由空间电光采样法：其探测原理是利用探测光与太赫兹辐射所激发的线性电光效应[3]。
太赫兹波经过电光晶体引起电光晶体折射系数的变化使得线偏振的探测光产生相位延迟，相位延迟的程度和太赫兹脉冲强度成正比。
太赫兹波的产生及探测方法综述教程
图一 太赫兹波在电磁波谱中的位置
二、太赫兹波的性质
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。
（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。
THz波的产生及探测技术
THz 波的产生及探测技术李德华周薇徐士林梁敏(山东科技大学理学院,山东青岛 266510(收稿日期:2007203202摘要 T H z 技术是20世纪90年代发展起来的一门新兴学科,本文较为详细地介绍了目前产生TH z 波的主要方法、原理以及探测TH z 波的主要手段和机理.关键词 T H z 波;TH z 产生;T H z 探测THE GENERATION AND DETECTION OF THz WAVELi Dehua Zhou Wei Xu Shilin Liang Min(College of Science,Shan don g Un iversity of Science and Technology,Qingdao,Shandong, 266510Abstr act TH z technology is a newly developed technology established in 1990s.T he principles and methods of generating and detecting TH z wave are introduced.Key Wor ds T H z wave;gener ation of TH z wave;detection of T H z wave1 引言T H z 波是指频率在0.1~10TH z(1T H z=1012H z的电磁辐射,它的波长介于微波与红外线之间,见图1.在频域上,TH z 波处于宏观向微观过渡区域,在辐射机制上,T H z 波处于经典电磁辐射向量子跃迁过度区域.长期以来,由于缺乏有效的T H z 波产生和检测方法,人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限,以致该波段被称为电磁波谱中的TH z 空隙.图1 电磁波谱T H z 波具有许多独特的性质:第一,TH z 波带很宽:0.1~10TH z,而且单个TH z 脉冲就包含非常宽的带宽.第二,TH z 波的频率很高,是微波的1000倍以上,所以空间分辨率很高.第三,由于TH z 通常由相干电流驱动的偶极子振荡或由相干的激光脉冲通过非线性光学参量、差频过程产生,因此,T H z 波具有很高的时间和空间相干性.第四,TH z 波能量低.当频率恰好为1T H z 时,光子能量只有大约4meV,因此它不会对被检测的生物组织产生有害的电离,在医学成像方面有很好的应用前景.第五,穿透性强,除了金属和水对TH z 有较强吸收,TH z 对其他物质都有很好的穿透性,因此,TH z 波在安全检查,反恐领域的应用前景被人们普遍看好.另外,由于物质的TH z 光谱(包括发射、反射和透射包含有丰富的物理和化学信息,如凝聚态物质的声子频率、大分子(包括蛋白质等生物分子的振动光谱均在T H z 波段有很多特征峰,凝聚态物质和液体中的载流子对TH z 辐射也有非常灵敏的响应.研究有关物质在这一波段的光谱响应对探索其结构性质具有重要意义.2 T H z 波的产生从产生TH z 波的机理看,TH z 波的产生大体可分为以下几种类型:半导体瞬间电流产生的TH z 波、光学混频产生的TH z 波、电子加速过程中产生的T H z 波、T H z 激光和热辐射过程产生的TH z 波.2.1半导体瞬间电流产生的T H z辐射用超短激光脉冲照射半导体,如果入射光子能量高于半导体能带的带宽,入射光子在半导体内产生电子空穴对,自由电子在表面静电场或外加偏置电场作用下加速运动产生瞬间电流.这种随时间快速变化的瞬间电流会产生宽带的T H z 辐射[1].用这种方法产生TH z辐射的材料有GaAs和InP等.这种方法通常不需要外加偏置电场,照射光束也不需要精确调整,实验方案较为简单,但所产生的T H z辐射功率较低.另外一种类似的过程称为/余光0(photo2 Dember effect效应[1],当超短激光脉冲照射到半导体表面时,由于电子和空穴的等效质量不同,它们所获得的速度也不同,电子和空穴的扩散和重新复位过程会产生瞬间的/涌流0,这种瞬间的/涌流0会产生TH z辐射.这种现象通常出现在带宽较窄的半导体材料中,如InA s和InSb等.2.2光学混频方法产生T H z辐射用光学混频方法产生TH z辐射可分为三类,即非线性晶体的光整流,空气中的四波混频和两束频率可调谐激光的混频.非线性晶体的整流过程可以产生宽带的T H z 脉冲[2].超快的激光脉冲入射到非线性晶体上,激光脉冲会产生一个超快的瞬间极化电流P(t,所产生的TH z脉冲正比于瞬间极化电流的二阶时间导数,52P/5t2.超短激光脉冲产生T H z脉冲的效率取决于晶体的二阶非线性系数V(2以及相位匹配情况[3].利用气体非线性介质的四波混频过程也可以产生TH z脉冲,当一束激光和它的倍频光同时聚焦在非线性气体介质上,可以产生TH z辐射, TH z辐射的强度取决于介质的三阶非线性系数V(3.最近的研究表明[4],激光诱导空气等离子体的三阶非线性系数可以提高2~4个量级.因此,可以产生很强的TH z辐射.两束频率可调谐激光混频是指将两束频率有微小差别的激光束混合,因此可以得到这两个不同频率激光的拍频,可将这个拍频信号设定在TH z波段,将经过混频的激光信号照射光导体,光导体中产生的电子空穴对在电场作用下发生定向移动,将这种调制电流输入到天线上可以产生TH z辐射,GaAs和PIN结均可用做混频器件.用这种方法可产生连续的T H z辐射,并且能得到较宽的调谐范围.TH z参量振荡器(T PO利用光学参量振荡器的原理,将调Q的Nd B YAG激光束照射到非线性晶体上.利用泵浦光和所产生的二次谐频光的拍频光产生T H z辐射.2.3加速电子产生的辐射通过加速电子产生T H z辐射的方法也有多种.无论是脉冲的还是连续的TH z辐射,迄今为止,加速电子所产生的TH z辐射,其功率都是最高的.相对论电子能够产生TH z辐射.用激光照射GaAs,可以产生一束自由电子[5],利用直线加速器将自由电子加速到相对论速度,然后使电子进入一个横向磁场,在磁场作用下,高速运动的电子获得法向加速度,由此产生TH z辐射,这种方法的原理类似于同步辐射加速器工作原理.利用自由电子激光(FEL可以产生极强的窄波段T H z辐射.通过调整电子摆动频率,自由电子激光器产生的超强辐射频率可以覆盖从毫米波到X射线的整个电磁波谱范围[6].后向波振荡器(BWO是另外一种高效率的TH z辐射源[7].它的工作原理与自由电子激光器的工作原理类似,由加热的阴极管辐射出电子,这些电子在强磁场中被聚焦并且以摇摆的方式运动到正极.电子在向反方向运动过程中发出电磁辐射,通过改变加在正负极上的电压可以调整辐射频率.2.4TH z激光器用CO2激光照射处于谐振腔内的低压气体,如果该气体的共振频率处于TH z波段,则可以产生TH z激光,用这种方式产生的T H z辐射频率一般不可调,而且通常需要一个较大的激光腔,泵浦的功率一般超过千瓦.常用的激光物质有甲醇气体和H CN[8].量子级联激光器(QCL和p型锗激光可以产生可调谐的T H z辐射[9].量子级联激光器由若干相同的单元构成,每个单元由一个发射区和一个激活区组成.在强电场作用下,上下能级间形成粒子数反转,这些反转的能级产生无辐射跃迁.量子级联激光器通常由30~40个基本单元组成,以此增强输出功率.目前,量子级联激光器一般需要低温运行.2.5热辐射傅里叶变换红外光谱(FT IR是用非相干热源产生T H z光谱,它利用水银弧光灯或碳化硅棒来产生T H z辐射,但是,用这种非相干光源不能提供精确的相位测量,另外,它的功率和灵敏度都较低.3T H z波的探测3.1光学混频探测用光学混频探测TH z辐射是激光诱导空气等离子体中四波混频产生TH z辐射的逆过程,将TH z脉冲和800nm的基频激光聚焦于空气等离子体上,会产生入射光的二次谐波.将白光中二次谐波成分作为本征振荡成分,可以相干探测T H z 脉冲.与混频法产生TH z辐射相类似,用外差探测法,以GaAs做混频器同样可以探测连续的T H z 辐射.3.2光学取样探测光学取样是一种发展较为成熟的相干探测技术.其中光导取样探测、电光取样探测和磁光取样探测三种技术应用最为广泛.所谓光导取样探测即是用光脉冲控制非极化天线流过的光电流,T H z脉冲的作用类似像一个施加于天线上的偏置电场,因此,可以用它调制光电流,流过光导天线的光电流正比于T H z电场的强度[10].电光取样利用非线性晶体中的泡克尔效应,用TH z电场调制晶体的双折射效应,当有TH z电场存在时可以引起探测光偏振方向的旋转[11].用检偏器检测经过调置后的探测光,探测光偏振方向旋转角度的大小正比于T H z电场的大小.大块ZnT e晶体的二维电光取样在TH z焦平面成像技术中极其重要.磁光取样技术类似于电光取样技术,它利用光学材料的法拉第效应调制探测光偏振方向[12],TH z电场的强弱正比于探测光偏振方向旋转角度的大小.3.3热探测技术由于黑体辐射效应,在室温下用热探测技术探测T H z辐射非常困难,因此,对TH z进行热探测必须降低环境的影响.热探测通常是宽带探测,常用的方法有热辐射计(Bolometers,格雷盒(Golay cell和热释电探测器.热辐射计测量介质由于吸收辐射而引起温度的变化.常用的探测介质有硅、锗和InSb.热辐射计非常灵敏,但是它通常需要在液氦冷却环境情况下工作[13],因此,测量成本也很高.超导体热电子热辐射计(H EB广泛应用于天文学,它异常灵敏,响应速度非常快,可以宽带探测,一般使用光子冷却技术控制环境温度[14].格雷盒是一种光声子探测器,当封闭的气体吸收辐射后发生膨胀,气体压强的改变与吸收的辐射功率有关[15].热释电探测器测量由于压电材料吸收辐射后发热导致的准静电场发生的变化.3.4电子探测装置肖特基二极管是一种窄带T H z电子探测器.肖特基二极管利用金属和半导体间形成的肖特基势垒的特性进行探测,它的结构类似于晶体管的发射极、集电极和基极.当受到照射时,耗尽层的厚度受辐射影响而改变,发射极和集电极间的阻抗因此而改变,可以调制发射极和集电极间之间的电流.这个调制电流通过激活层的接触电容产生一个正比于电场强度的电压.表1给出了几种主要的连续的TH z探测器性能比较.脉冲TH z探测以光学取样探测技术为主,而利用激光诱导空气等离子体中四波混频探测技术还不成熟,所以这里没有对脉冲TH z探测器的性能进行比较.表1几种连续THz探测器的比较频率范围动态范围噪声等效功率(NEP响应时间外形大小及特殊要求格雷盒>20T Hz55dB1010W#H z-1/210ms体积小,阈值低热释电照相机>20T Hz37dB7@10-4W#H z-1/2ms体积小热释电探测器100T Hz50dB1010W#H z-1/2ms体积小肖特基二极管102GH z60dB1010W#H z-1/2L s~ms体积小热电子热辐射计30T Hz70dB10-13W#H z-1/2ns体积大,需要冷却4结语T H z技术的研究在国外开展已经有将近20年的时间了,无论是TH z发射源还是TH z探测器方面的研究都有了迅速的发展.不同类型发射源功率都有大幅提高,探测手段也日趋多样,T H z 激光器、T H z探测器都已经有商业化产品进入市场.在国内,TH z技术的研究处于起步阶段,2005年11月,国家科技部召开香山科技会议,研究、部署TH z技术的研究.中科院物理所、天津大学、电子科技大学等国内研究单位也都陆续开展了该领域的研究.但目前,无论是TH z辐射源还是T H z 探测器,其制造成本都非常昂贵,体积也都较大,离实际应用还有一定距离.相信,随着T H z技术研究的不断深入,小型化、大功率的T H z源将会问世,TH z辐射在不同领域的应用将会逐渐展开.参考文献[1]R.Asc zubi, C.Shneider,Ingrid Wilke,Robin son Pinocapability of ZnT e electro2optic field detectors.App l.P hys.Lett.,1996(68:2924T Hz pulse:measurement technique and applications.[4]M.Kress,T.LÊffler,S.Eden,M.T homs on,and H.Roskos.Terahertz2pulse generation by photoion ization of airwith laser pu lses composed of both fun damental and s econd2[5]G.Carr,M.M artin,W.McKin ney,K.J ordan,G.Neiland G.William s.H igh2power terahertz radiation from r elativistic electrons.N atur e,2002,420,153[7] A.Dob roiu,M.Yamas hita,Y.Ohs hima,Y.M orita, C.a backward2wave os cillator.Ap p l.Op t.,2004(43:5637[8]M.Ghornanneviss,M.Kashani,A.H ogabri, A.Kohiyanand A.An vari.Design and modification of the FIR H CN las er.Pr oc.SPIE,1998(85:3465[9] E.Gornik,K.Unterrainer an d C.Krems er.Tun able farin frared solid2state laser s based on hot holes in German ium.Op tical an d Quantum Electronics,1991(23:267 photoconductive detection:Comparison with free2space electro2s am pling of terahertz beams.Ap p l.P hy s.Lett.,1995(67:3523transient magneto2optic sampling.Ap p l.P hy s.L ett.,1997(71:1452I nternational J our nal of H ig h Sp eed Electronics andSy stems,2003(13:601[14] A.Sem enov et al..Su percon ducting hot2electronb olometer mixer for terah ertz h eterodyne receivers.I EE ETr ans.App l.Sup er conduct.,2003(13:168I nstrum.,1947(18:357(上接第30页可以产生SQUID能测出的脑表面磁场.通过脑磁研究,可用于诊断癫痫病、中风、头部损伤、脑供血不足以及精神分裂症等疾病.目前医学上SQU ID 的极高灵敏度可以检测出人体心脏和大脑的活动所产生的小到10-14T的磁场.2无损探伤.SQU ID作为最灵敏的磁探测器,可以通过材料缺陷的不正常磁性分布来进行无损探伤.用SQUID来探测缺陷的位置时,依赖于探测线圈的直径,或探测线圈和信号源的距离.3测量低频弱电压、电流及电阻.我们通过SQU ID可以测量穿过超导环的磁通量的数值.如果被测的磁通量是由待测电流通过一个已知电感L的线圈产生的,那么通过测量磁通量,然后换算求得该电流的大小.这就说明,SQU ID可以改装成灵敏度极高的电流计.有了电流计,就可以改装成测量电压的伏特计和测量电阻的欧姆计.超导量子干涉器件除上述主要应用外,在大地磁测方面,通过同时测量磁场涨落和电场涨落来探测石油、地热资源及地震活动.在超导计算机中,超导量子干涉器能作为开关逻辑元件,用于逻辑电路及存储器上.参考文献333,356471~499。
太赫兹波的探测
连续太赫兹信号的探测
对于连续太赫兹波的探测，最常用的热效应探测器，它们是基于热吸收的宽波
段直接探测。不过它们需要冷却来降低热背景，这类常用的装置有液 He 冷却的 Si、Ge 和 Inb 测辐射热计。如果需要更高的频率分辨率时，则需采用另外的窄带探 测方法。这类太赫兹波探测目前有电子探测器、半导体探测器等。其中，热效应探 测器大都是基于热吸收效应，它们使用方便，但只能做非相干探测，不能获取相干 太赫兹波的相位信息。电子探测器是基于电子学的变频技术，它们的特点是成本较 低，结构紧凑。 3.2.1 测辐射热计
图 3-11 高莱探测器
如图 3-11 所示为高莱探测器的外形和原理结构图，其中，图（a）所示为高莱 探测器的实物图，图（b）所示为高莱探测器的原理结构图，结构图中的“1”为接 收窗口，“2”为薄膜，“3”为隔膜， “4”为压强导管，“5、6、7”为光学重新调 焦系统，“8”为 LED 二极管， “9”为光电二极管。其中光电晶体的照度取决于 隔膜的形状，而隔膜的形状则与腔内的压强有关。 3.2. 3 热释电探测器
宽带太赫兹波的产生与探测方法研究
宽带太赫兹波的产生与探测方法研究宽带太赫兹波（THz波）是指频率范围在0.1THz到10THz之间的电磁波。
由于其具有较高的频率和较短的波长，THz波在材料特性的研究、成像、非破坏检测以及通信等领域拥有广泛的应用潜力。
然而，由于THz 波的发射和探测技术较为复杂，目前仍处于研究和发展阶段。
宽带太赫兹波的产生有多种方法，其中最常用的方式是通过激光光源产生THz脉冲。
最早的方法是使用电光晶体通过光学整流效应将激光分为两束，然后通过非线性介质的相互作用将两束光重新合成为太赫兹波。
近年来，人们提出了基于激光等离子体光栅、电光晶格和倍频器等方法进行THz波的产生。
这些方法都可以在实验室中产生较强的THz脉冲，但仍然存在一些限制，如较低的发射效率、大尺寸和复杂性等。
宽带太赫兹波的探测方法主要分为光电探测和热电探测两种。
光电探测是通过光电效应将THz波转换为电信号进行探测。
常见的光电探测器包括光电导天线，其由一对间距足够小的金属电极组成，当THz波通过电极时，会在电极上产生电荷，进而可以被检测到。
此外，还有基于太赫兹量子阱结构、双极性电子和磁效应等的光电探测器。
这些光电探测器具有高响应速度、高灵敏度和宽带特性，但在一些特定领域仍存在一些问题，如光电探测器对环境光的干扰较大，在暗地条件下无法正常工作。
热电探测是通过热效应将THz波转换为电信号进行探测。
热敏材料是热电探测器的关键部件，常见的热敏材料包括氢化硅、磷化铟等。
当THz 波通过热敏材料时，会被材料吸收，使材料温度发生变化，进而产生热电效应。
通过测量材料温度变化所产生的电信号，可以获得THz波的信息。
热电探测器具有较高的灵敏度和较宽的工作频率范围，但由于热敏材料的特性限制，其响应速度较低。
除了光电探测和热电探测方法外，还有一些其他的探测方法，如基于太赫兹电场效应的探测、基于太赫兹激光的透射、反射和散射等。
这些方法各有优势和局限性，可以根据具体需求选择合适的方法进行探测。
thz波探测原理
"THZ"波探测原理是指使用太赫兹(Terahertz, THz)波进行物体探测的技术。
太赫兹波是一种电磁波，其频率介于微波和红外线之间，通常在几百兆赫兹到几千兆赫兹之间。
THZ波探测原理基于太赫兹波的特殊性质，即其穿透力强、能够穿透非金属材料等特点。
通过使用太赫兹波探测器，可以检测和测量物体内部的物理特性和结构变化。
以下是THZ 波探测原理的简要概述：
1. 发射器：首先，需要使用发射器产生太赫兹波并将其发送到被测物体上。
发射器可以使用多种技术来产生太赫兹波，例如微波谐振腔、离子注入等。
2. 接收器：接收器用于接收从被测物体反射回来的太赫兹波信号。
接收器需要具备高灵敏度和高分辨率能力，以便能够准确地检测和测量物体内部的物理特性和结构变化。
3. 数据处理：接收到的太赫兹波信号需要经过数据处理和分析，以提取有用的信息。
这包括对信号进行滤波、放大、数字化、重建等操作，以便将信号转换为可视化的图像或数据。
4. 应用：THZ波探测技术可以应用于多种领域，例如医学影像学、材料科学、安全检查等。
在医学影像学中，THZ波可以用于检测人体内部器官的形态和结构；在材料科学中，THZ波可以用于检测材料的成分和结构变化；在安全检查中，THZ波可以用于检测包裹、箱子等物品内部是否藏有危险物品。
太赫兹波生物检测技术研究
太赫兹波生物检测技术研究第一章：太赫兹波概述太赫兹波属于电磁波的一种，波长在红外线和微波之间，其频率在0.1~10THz之间。
与其他电磁波一样，太赫兹波可以穿透一些障碍物，例如纸张、布料和塑料等材料，但是会被水和金属等物质吸收。
这一特性使得太赫兹波用于非破坏性的成像、检测等应用，尤其是在生物医学领域上有广泛的应用。
第二章：太赫兹波在生物医学领域的应用在生物医学研究领域，太赫兹波有着广泛的应用。
首先，太赫兹波可以用于非破坏性的生物组织成像，例如可以探测乳腺组织中的钙化点。
其次，太赫兹波可以用于生物体内物质成分的检测。
例如，可以利用太赫兹波检测癌细胞和正常细胞之间构成的差异，并且太赫兹波还可以用于鉴别细胞内不同化学成分，对于生物学研究有着很大的帮助。
此外，太赫兹波还可以用于药物成分的检测等等。
第三章：太赫兹波生物检测技术原理及特点太赫兹波生物检测技术是一种新兴的生物医学技术。
其原理是通过对太赫兹波在生物体内的透射、散射、反射等特性进行探测，以获得生物样本的信息。
太赫兹波生物检测技术主要有以下几个特点：1. 非破坏性由于太赫兹波的能量较低，因此使用太赫兹波进行生物检测时不会对生物样本造成伤害。
2. 高灵敏度太赫兹波具有很高的分辨率能力，能够在非常低的浓度下检测到各种有机或无机材料。
3. 高选择性太赫兹波能够穿透非常贵重的生物样本，在不停留在样本中的同时，对特定的物质具有吸收谱线，从而使得太赫兹波检测的结果更加准确和可靠。
4. 非接触式检测太赫兹波检测技术无需与生物样本直接接触，减少了污染、交叉感染等问题。
第四章：太赫兹波生物检测技术的应用前景太赫兹波生物检测技术是一种快速、准确、非侵入性的生物检测技术，在生物医学领域中具有广泛的应用前景。
1. 生物体内物质成分检测利用太赫兹波对生物组织和细胞中的特定化学成分进行检测分析，对于研究细胞分子构成、生物代谢活动、药物代谢等具有重要的意义。
此外，太赫兹波生物检测技术还可以用于生物样本快速鉴别、分型等。
太赫兹超导相变边缘探测器及太赫兹波探测方法
太赫兹超导相变边缘探测器及太赫兹波探测方法
（19）中华人民共和国国家知识产权局
（12）发明专利申请
（10）申请公布号
CN105486713A
（43）申请公布日2016.04.13（21）申请号CN201510870773.X
（22）申请日2015.12.02
（71）申请人中国科学院紫金山天文台
地址210008 江苏省南京市鼓楼区北京西路2号
（72）发明人缪巍;史生才;张文;钟家强
（74）专利代理机构南京钟山专利代理有限公司
代理人戴朝荣
（51）Int.CI
G01N25/12;
权利要求说明书说明书幅图
（54）发明名称
太赫兹超导相变边缘探测器及太赫兹波探测方法
（57）摘要
本发明公开了一种太赫兹超导相变边缘探
测器及太赫兹波探测方法，所述探测器包括衬底
及用作辐射吸收体和测温体的超导薄膜微桥、作
为超导薄膜微桥支撑层的热弱连接体、用于耦合
太赫兹电磁波信号的平面天线、直流偏置线以及
传输线；所述直流偏置线与直流偏置源连接，向
超导薄膜微桥施加直流偏置电信号,并反馈超导薄
膜微桥上电信号的变化；所述传输线的一端连接。
第三章 太赫兹波的探测
第三章 太赫兹波的探测和太赫兹辐射源一样，太赫兹探测也是太赫兹科技中的另一项关键技术，是太赫兹技术投入到实际应用的另一关键环节。
由于目前太赫兹辐射源的功率普遍都较低，因此发展高灵敏度、高信噪比的太赫兹探测技术尤为重要。
太赫兹的探测方法比较多，不过依据太赫兹辐射的形式不同，可以将它们大致分为太赫兹脉冲辐射的探测和太赫兹连续波信号的探测两类。
另外，本章对太赫兹单光子的探测技术也做了简要的介绍。
3.1 脉冲太赫兹信号探测光电导取样和电光取样是两种应用最广的相干探测THz脉冲的方法。
其中，电光取样又可分为时分电光取样和波分电光取样两种。
此外，对应第二章中的空气产生太赫兹辐射的相关内容，本节会相应介绍一下利用空气探测太赫兹脉冲。
3.1.1 光电导取样光电导取样是基于光导天线（photoconductive antenna, PCA）发射机理的逆过程发展起来的一种探测THz脉冲信号的探测技术。
如要对THz脉冲信号进行探测，首先，需将一个未加偏置电压的PCA放置于太赫兹光路之中，以便于一个光学门控脉冲（探测脉冲）对其门控。
其中，这个探测脉冲和泵浦脉冲有可调节的时间延迟关系，而这个关系可利用一个延迟线来加以实现；尔后，用一束探测脉冲打到光电导介质上，这时在介质中能够产生出电子-空穴对（自由载流子），而此时同步到达的太赫兹脉冲则作为加在PCA上的偏置电场，以此来驱动那些载流子运动，从而在PCA中形成光电流。
最后，用一个与PCA相连的电流表来探测这个电流即可，如图3-1所示。
其中，这个光电流与THz瞬时电场是成正比的。
图3-1 光电导偶极天线探测脉冲（飞秒量级）的持续时间要远短于太赫兹脉冲（皮秒量级）的，所以通过改变这两个脉冲之间的时间延迟，就可以“取样”出THz的波形来，可参见图3-2。
其中，这里所探测到的太赫兹信号只是入射太赫兹脉冲与PCA响应函数的卷积。
在实际的光谱实验中，探测器和发射极的响应可以通过解卷积来求得，也可将信号与参考脉冲正交化来求得。
第三章 太赫兹波的探测
第三章太赫兹波的探测就太赫兹波的研究领域来说，太赫兹信号的探测也是一项十分重要的内容。
由于目前太赫兹辐射源的发射功率较低，而且还耦合了相对较强的热背景噪声，所以要想探测太赫兹信号，就得用高灵敏度的探测手段才能得以实现。
在宽波段太赫兹信号的探测中，基于热吸收的直接探测方法是最常用的手段。
但是这些探测方法都需要通过冷却来降低热背景噪声。
而通常的冷却方法就是利用液氦（He）来实现，或者是用冷却式的硅（Si）、锗（Ge）和锑化铟（InSb）热辐射测量仪来进行测量。
热电的红外测量仪器在太赫兹的波段也是可以使用的。
利用铌（Ni）在超导态和正常态之间的转变，科研人员已经根据这种超导技术成功地研制出了非常灵敏的热辐射测量仪。
另外，利用干涉仪也可以直接测得THz光谱信息。
最近的单光子探测器就是利用干涉仪技术实现了对太赫兹光子的探测。
这种探测装置，利用包含一个量子点的单光子晶体管在强磁场中工作,得到了其他方法所不能达到的灵敏度。
尽管这种测量的速度现在仍被限制在1ms左右，但是已经有人提出了高速探测的设想，如果这个设想实现的话，它将会在太赫兹探测领域引发另一场革命。
在需要高光谱分辨率的太赫兹信号探测中，比较常用的是外差式探测器。
在这样的系统中，探测器中的振荡器会以太赫兹量级的频率进行振动，并与接收信号发生混合。
如果对信号进行频率下转换，信号就会被放大，并且对它就可以进行测量了。
在室温条件中，利用半导体技术产生太赫兹辐射是可行的。
而且利用平面肖特基二极管混频器来产生 2.5THz的太赫兹波技术，已经成功地应用于空间技术中了。
如果利用高灵敏度的超导外差式探测器的话，在探测的过程中需要对探测器进行冷却。
在空间技术领域，还有一些别的超导器件比较常用。
其中应用最广泛的就要数超导-绝缘体-超导（SIS, superconductor-insulator-superconductor）结混频器。
高温超导体(如YBCO)则可以应用于更宽波段的测量当中。
太赫兹检测技术
Materials and Methods
• 1.Patients and Specimen Preparation • From 22 nonconsecutive female patients( mean age
光电导天线图
THz信号的探测是另一项关键技术，由于目 前THz辐射源普遍功率较低，高灵敏度、高信噪 比的探测技术显得更加重要。
THz波的探测方法有两种基于采样测量原理 的探测方法：光电导天线采样法 和自由空间电光 取样法 。
光电导产生/探测THz
太赫兹成像技术
THz辐射和其它电磁辐射(如可见光、X射线、 中近远红外、超声波等)一样，可以作为物体 成像的信号源。
E（min)/E(max)(阈值是最大值得四分之一），图像中的肿瘤可以通过 这两个参数计算出来。
用皮尔森积矩相关系数来计算每个参数，以此来决定图像区域之间的相 互联系，以及22个样品的的梯度。
• 在显微相片上比较可见肿瘤区域的形状，区域中的像素值在x和y方向之 间。因此，图像和显微相片中的二维的肿瘤形状会减少到两个一维的曲 线绘图。
绝热泡沫
航天飞机外挂燃料箱的铝制外壳覆盖有热防 护系统,所用的是几英寸厚的泡沫状材料，它们被 逐层喷涂在基底上。图为火箭燃料箱泡沫板内的 缺陷的太赫兹成像，图中的4个缺陷是用锡箔纸 做的人工缺陷，从泡沫板的太赫兹图像中可以清 晰地看出4个缺陷的边缘以及缺陷的凸起和凹陷 。
安全检查
THz波可穿过衣服纸张等,对报纸遮挡下的陶 瓷匕首成像。THz波相对其他电磁波如微波、X射 线、γ射线等有很强的互补特征,是对常用安检 方法的有益补充。
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。
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第三章 太赫兹波的探测和太赫兹辐射源一样，太赫兹探测也是太赫兹科技中的另一项关键技术，是太赫兹技术投入到实际应用的另一关键环节。
由于目前太赫兹辐射源的功率普遍都较低，因此发展高灵敏度、高信噪比的太赫兹探测技术尤为重要。
太赫兹的探测方法比较多，不过依据太赫兹辐射的形式不同，可以将它们大致分为太赫兹脉冲辐射的探测和太赫兹连续波信号的探测两类。
另外，本章对太赫兹单光子的探测技术也做了简要的介绍。
3.1 脉冲太赫兹信号探测光电导取样和电光取样是两种应用最广的相干探测THz脉冲的方法。
其中，电光取样又可分为时分电光取样和波分电光取样两种。
此外，对应第二章中的空气产生太赫兹辐射的相关内容，本节会相应介绍一下利用空气探测太赫兹脉冲。
3.1.1 光电导取样光电导取样是基于光导天线（photoconductive antenna, PCA）发射机理的逆过程发展起来的一种探测THz脉冲信号的探测技术。
如要对THz脉冲信号进行探测，首先，需将一个未加偏置电压的PCA放置于太赫兹光路之中，以便于一个光学门控脉冲（探测脉冲）对其门控。
其中，这个探测脉冲和泵浦脉冲有可调节的时间延迟关系，而这个关系可利用一个延迟线来加以实现；尔后，用一束探测脉冲打到光电导介质上，这时在介质中能够产生出电子-空穴对（自由载流子），而此时同步到达的太赫兹脉冲则作为加在PCA上的偏置电场，以此来驱动那些载流子运动，从而在PCA中形成光电流。
最后，用一个与PCA相连的电流表来探测这个电流即可，如图3-1所示。
其中，这个光电流与THz瞬时电场是成正比的。
图3-1 光电导偶极天线探测脉冲（飞秒量级）的持续时间要远短于太赫兹脉冲（皮秒量级）的，所以通过改变这两个脉冲之间的时间延迟，就可以“取样”出THz的波形来，可参见图3-2。
其中，这里所探测到的太赫兹信号只是入射太赫兹脉冲与PCA响应函数的卷积。
在实际的光谱实验中，探测器和发射极的响应可以通过解卷积来求得，也可将信号与参考脉冲正交化来求得。
最常用的光导天线是在低温生长的砷化镓（LT-GaAs）上制作的，PCA探测器的最大带宽约为 2THz。
近年来，利用持续时间约为15飞秒的超快门控脉冲，可使探测带宽达到40 THz。
现在这种方法普遍采用的低温生长的GaAs、Si、半绝缘的InP等作为工作介质。
图3-2 光电导取样过程3.1.2 电光取样电光取样技术具有极宽的频谱响应和很高的信噪比。
此外由于其测量孔径大，因而也可以用此项技术进行直接二维成像测量。
其中，时分电光取样，即自由空间电光取样是对太赫兹脉冲的时间波形进行取样测量的；而波分电光取样则是将太赫兹脉冲的时域波形一次复制到被啁啾展宽的啁啾脉冲的各频率分量上，在通过对啁啾脉冲的光谱测量得到太赫兹波形。
1. 时分电光取样电光取样测量技术基于线性电光效应：当太赫兹脉冲通过电光晶体时，它会发生瞬态双折射，从而影响探测（取样）脉冲在晶体中的传播。
当探测脉冲和太赫兹脉冲同时通过电光晶体时，太赫兹脉冲电场会导致晶体的折射率发生各向异性的改变，致使探测脉冲的偏振态发生变化。
调整探测脉冲和太赫兹脉冲之间的时间延迟，检测探测光在晶体中发生的偏振变化就可以得到太赫兹脉冲电场的时域波形。
图3-3 电光采样原理自由空间电光取样太赫兹探测，如图3-3所示。
图中的激光器为飞秒激光器，当它所发出的飞秒激光脉冲激光分束器之后，分为探测脉冲和泵浦脉冲。
泵浦脉冲是用来激发太赫兹发射极使其产生太赫兹脉冲，然后太赫兹脉冲又被离轴抛物面镜准直聚焦后，经半透镜照射到电光晶体之上，电光晶体的折射率椭球将会被其改变。
当线偏振的探测脉冲在晶体内与太赫兹光束共线传播时，它的相位会被调制。
由于电光晶体的折射率会被太赫兹脉冲电场改变，所以探测光经过电光晶体时，其偏振状态将会由线偏振转变为椭圆偏振，再经偏振分束镜（这里常用的是沃拉斯通（Wollaston）棱镜）分为s偏振和p偏振两束，而这两束光的光强差则正比于太赫兹电场。
使用差分探测器可以将这两束光的光强差转换为电流差，从而探测到太赫兹电场随时间变化的时域光谱来。
利用机械电动延迟线可以改变太赫兹脉冲和探测脉冲的时间延迟，通过扫描这个时间延迟可得到太赫兹电场的时域波形。
为了提高灵敏度和压缩背景噪声，可以采用机械斩波器来调制泵浦光，而后利用锁相探测技术，即可获得太赫兹电场振幅和相位的信息。
常用的电光晶体主要有ZnTe、ZnSe 、CdTe 、LiTaO3、LiNbO3、GaP等。
其中ZnTe电光晶体在灵敏度、测试带宽和稳定性等方面的性能都优于其他晶体。
有机电光晶体DAST也可以用来探测THz波。
2. 波分电光取样传统的时域光谱测量如泵浦-探测法太赫兹时域光谱，利用机械电动平移台来改变泵浦脉冲和探测脉冲之间的光程差，以此实现对样品的逐点扫描。
而载有泵浦脉冲的探测脉冲的强度和偏振态会在每一个瞬间的时间延迟被记录下来。
通常情况下，时域扫描测量中的数据获取是一连续的过程，而探测脉冲取样期间所记录的信号只是太赫兹波形的很小一部分（探测脉冲的脉冲持续时间）。
由于对一个太赫兹脉冲的时域扫描仅为几十皮秒，所以这种探测法的数据采集速率很慢（100Hz以内）。
很显然，这种数据采集速率不能满足对快速运动物体的时域太赫兹光谱，如火焰分析等实时测量的需要。
为了提高采集速率，可采用并行数据采集，即波分电光取样，也可称其为啁啾脉冲光谱探测。
图3-4 啁啾脉冲测量装置图，其中R表示参考光谱，S表示信号光谱。
对波分和时分电光取样的光路系统进行比较可知，它们大体上是相同的，只是波分电光取样光路系统中多有一对用来对探测光束进行啁啾展宽的光栅对，另外它所用的探测器是电荷耦合器件（CCD）而不是时分电光取样光路系统中所用的差分探测器，如图3-4所示。
当探测脉冲经过光栅对之后，它会被频率啁啾以及时间展宽。
而且，由于光栅的负啁啾效应，脉冲的短波部分会超前于长波部分。
此外，这套系统中的延迟线只是用于将太赫兹脉冲定位于同步光探测脉冲（获得窗口）的持续时间内和时域标定。
当啁啾探测脉冲和太赫兹脉冲共线通过ZnTe晶体时，由于朴克尔效应（Pockels effect），啁啾脉冲的不同波长极化分量会被太赫兹脉冲场的不同部分所旋转，而旋转的角度和方向则正比于太赫兹场的强度和极性。
而后经过光学检偏器，这时探测脉冲光谱由偏振调制转化为振幅调制。
光谱仪在这里的作用是将准直过了的探测脉冲聚焦到CCD相机上。
由于探测器阵列（CCD）的动态范围有限，所以电光调制应在探测光的零透射附近完成，以避免探测器达到饱和。
另外，ZnTe晶体的剩余双折射会造成背景调制。
而与背景光相比，探测脉冲的净变化很小，因此，即使在光路中使用了正交检偏器，这种电光取样测量还是可以近似为一种线性测量。
对比有无太赫兹调制下的光谱，它们差值正比于太赫兹电场，如图3-5（a）所示。
而通过改变太赫兹脉冲和探测脉冲之间的时间延迟，可以发现太赫兹调制在光谱上发生了移动，见图3-5(b)，由此可知我们所要利用时域窗口在哪儿，以及证实了前文所说的这种电光取样确是一种线性测量。
图3-5 实验结果：(a)有和无太赫兹调制的光谱分布；(b)不同太赫兹-探测延迟下的各个信号。
因为啁啾脉冲测量是一种并行测量，所以单个啁啾脉冲包含了所有的光谱信息。
由此可知，使用单个啁啾脉冲测量是可行的。
图3-6给出了单个啁啾脉冲的空间-时间图像。
图3-6 单啁啾脉冲空间时间成像对于单点测量，没有太赫兹调制的参考光谱（R）会被同时输入到光谱仪和CCD之中做动态参考，因此利用单个啁啾脉冲是可以实现单脉冲测量的。
由于激光辐射波动能被动态修正，因而这种方法的信噪比也就非常高，如图3-7所示。
图3-7实际的单脉冲测量.R：参考光谱，S：信号光谱啁啾脉冲测量技术的并行取样特性具有传统取样技术所无法匹及之处：单脉冲取样测量、超快测量速度。
由于这些特点，此项技术可用于研究传统取样技术所不适用的情况，如对那些不可重复性事件的研究，这其中又包括：发射极开启、非太赫兹信号的空间-时间成像、非同步微波和其他非同步超快现象、非线性效应等。
虽然啁啾脉冲测量相比于自由空间电光取样的数据获取速度有极大的提高，但是由于啁啾脉冲测量技术是频域技术，而太赫兹脉冲是在时域中调制啁啾探测脉冲的，信号却是在频域被提取得，所以它的时间分辨率由于时间-频率关系而受到限制。
另外，对太赫兹信号的并行测量技术除了啁啾脉冲测量之外，还有超快扫描相机，二维（2D）成像等。
其中，超快扫描相机是在时域中对太赫兹信号进行测量的，而2D实时成像是利用超快CCD相机来实现的。
3.1.3 光电导取样与电光取样的比较光电导取样和电光取样都可用来测量自由传播的太赫兹脉冲。
而比较两种方法的机制是有价值的。
对于低频太赫兹信号(小于3THz)和低斩波频率(kHz 量级)，光电导取样有较高的信噪比（SNR ，约2个量级)。
然而，对于高频斩波技术，电光取样可以大大降低噪声（约2量级），使两种方法的SNR 相当。
如果频率大于几个太赫兹，光电导取样的可用性会大大降低，而电光取样却仍有很高的灵敏度。
图3-8 光电导取样和电光取样的比较如图3-8所示，它表示的是由相同发射极产生的，分别由光电导取样和电光取样所测脉冲的能量要比光电导取样低的多，使其具有并行探测到的太赫兹信号。
由图可知：电光取样获得的波形明显比光电导取样的窄,由此电光取样的探测频谱较宽。
这是因为光电导天线探测太赫兹波时所产生的光生载流子的寿命较长，而且ZnTe 晶体在 5.3THz 处还存在着横向声子吸收，因此它的探测带宽较窄。
而电光取样的时间响应只与其所用的电光晶体的非线性性质有关，所以它有较高的探测带宽。
另外，由于电光取样所需的探测量的能力，而且它在二维相干太赫兹成像具有很好的应用前景。
虽然电光取样的光路调节要比光电导天线的容易，并且其稳定性也要好的多。
但是，由于电光取样技术对激光噪声很灵敏，对它的光路调节也是相当麻烦的。
3.1.4 空气探测太赫兹相对于空气产生太赫兹辐射，同样也可以用空气来探测太赫兹。
由于空气无处不在解为三阶非线性效应，类似于在空气中 （3-1）两个基频光子与一个太赫兹光子作用产生一个二次谐波光子。
它们的偏振状态相，所以空气传感器的最大优势在于能够灵活选择感测位置。
前文介绍了利用三阶非线性极化效应在空气中产生太赫兹波的方法，与其相似，也可以利用三阶非线性效应在空气中探测太赫兹波。
现着重介绍以下两种装置：（1）探测太赫兹波作用下泵浦脉冲的旋转度；（2）探测空气、太赫兹波及探测脉冲相互作用所产生的二次谐波。
前者检测偏振旋转度。
后者则检测不同探测脉冲频率下的信号。
在背景不强的情况下也能探测到弱信号。
此装置已用于液、固体研究，即太赫兹场感生二次谐波(T-FISH)，但还未对气体进行过研究。