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。

而对于太赫兹窄波段的测量，则可以使用各种窄波段探测器来实现,如等离子体场效应管，经研究证明，它的基频已经可达600GHz了。

太赫兹时域光谱（THz-TDS，Terahertz time－domain spectroscopy）系统中的太赫兹脉冲测量，需要使用相干探测器来实现。

最常用的两种相干探测方法是光电导取样和自由空间的电光取样，这两种方法都需要使用超快激光脉冲。

其中，电光效应是低频电场(太赫兹脉冲)和激光束(光学脉冲)在探测晶体中的耦合。

简单的张量分析表明,使用一块〈110〉取向的闪锌矿结构电光晶体（如ZnTe晶体），可以得到很高的探测灵敏度。

经过太赫兹电场调制探测晶体的折射率椭球，进而调制了通过探测晶体的探测光束的椭偏度。

探测光束的被调制的偏振状态，可以反映出包括太赫兹电场的大小和相位在内的光谱信息，从而达到探测太赫兹脉冲的目的。

使用超短激光脉冲(如<15fs)和薄的探测晶体(如<30μｍ)，也可以进行中红外波段的电光信号探测。

3.1脉冲太赫兹信号的探测
3.1.1 光电导取样
光电导取样是基于光导天线（PCA, photoconductive antenna）发射极发展起来的太赫兹脉冲信号探测技术。

为了探测太赫兹信号，首先将未加偏置的PCA放置
在太赫兹光路中，并且利用一个光脉冲门控对其进行控制，而这个光脉冲门控与泵浦光有可调节的时间延迟关系。

门控(探测)脉冲能产生流过PCA的电流，并与电测量系统相连。

当太赫兹电场加在PCA上时，探测到的差分电流与T-射线电场成比例。

光探测脉冲的持续时间远远短于T-射线脉冲，所以通过改变两个光脉冲之间的时间延迟，就可以“取样”出T-射线的波形。

其中探测到的太赫兹信号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15fs的超快门控脉冲，可使探测带宽达到40 THz。

LT-GaAs PCAs可以通过双光子吸收过程而被1.55μm波长的光门控脉冲探测。

在太赫兹光激发和相关探测系统中，包括有锁模钛蓝宝石激光器，用它作为泵浦光束和探测光束的飞秒脉冲光源；大孔径光电导发射极和作为接收器的光电导偶极天线。

其中，可以在光路中加装硅透镜来提高收集效率。

图 3-1是常用产生和探测的实验装置。

光束经由分光镜一分为二，未经聚焦的较强光束照射在光导发射极的表面上，在此过程中会被一机械斩波器所调制；较弱的光束可用做探测器的时间开启控制，通过时间延迟，聚焦在偶极天线间隙光导体上约 5 mm 光斑。

各种放大的和非放大的飞秒激光器，包括有碰撞脉冲锁模环状染料激光器和自锁模钛蓝宝石激光器，都可以用来作为光导偶极天线发射的太赫兹脉冲的相干产生和探测的光源。

图3-1 太赫兹产生和探测实验装置示意图
Grischkowsky 天线
图 3-2 光电导偶极天线结构示意图。

具有自由空间电场，持续时间为皮秒的T-射线光斑给电极加上偏压。

飞秒探测脉冲激发瞬态光生载流子，形成电流，被电信号系统所探测。

电流正比于所加的太赫兹场。

如图3-2所示，这种几何结构的光电导探测天线，是由 D Grischkowsky 发明，所以以他的名字来命名这种天线为Grischkowsky 天线。

它可以由辐射损伤的蓝宝石上硅探测器(RD-SOS ，radiation-damaged silicon-on-sapphire) 或低温生长的砷化镓(LT-GaAs)晶片制得。

每一种材料都有极短的光生载流子寿命，这是使探测器响应的探测信号波形的卷积所必须的。

天线构件放置在 20 mm 长的共面传输线的中间，传输线由两条平行间距为 5μm ，长为10μm 的金属条组成。

聚焦太赫兹辐射，其电场在直接与锁相放大器相连的光导天线两极间5μm 的空隙产生瞬时偏压。

这个瞬时电压的强度和时间相关性，可以通过测量集电极电荷（平均电流）对入射太赫兹脉冲和光脉冲之间的相对延迟而获得。

光脉冲通过驱动限制在5μm 天线间隙的光导开关来同步门控探测器。

因此，辐射电场的时域波形可以通过激发脉冲和门控光脉冲之间的时间延迟而取样获得。

这样，系统的信噪比可超
过103 。

由于RD-SOS 上的100µm 偶极天线响应时间大约是0.3-1 ps ， 被测量辐射脉冲的带宽受光导探测器的限制，其在几百GHz 频率响应最大。

最快的天线探测响应范围从近 DC 到 5 太赫兹。

探测器所测量得信号，利用锁相放大器和计算机数据采集系统，取平均和数字化，即可反映出太赫兹电场的大小和位相来。

()()()I dtE t n t ττ∞
-∞∝-⎰ (3.1-1)
3.1.2 自由空间电光取样技术
最近几年，很多自由空间技术都得到发展。

在本节中，我们将讨论基于电光（EO ）效应的自由空间太赫兹电光取样技术，包括非线性晶体光整流和利用普克尔（Pockels ）效应的电光取样探测及其应用。

图3-3 是自由空间电光取样太赫兹测量的常用装置。

超快激光脉冲被分为两束：泵浦光束(强光束)和探测光束(弱光束)。

泵浦光束照射在太赫兹发射极上(例如光导天线发射极、光整流发射极等)。

发射极产生的辐射是短电磁脉冲，持续时间在皮秒量级，频率在太赫兹量级，即太赫兹辐射。

太赫兹辐射通常有一个或几个周期，因此带宽很宽。

太赫兹光束被一对抛物面镜准直后聚焦到电光晶体上，它改变了电光晶体折射率椭球。

线偏振探测光束在晶体内与太赫兹光束共线传播，它的相位被调制。

由于电光晶体的折射率被太赫兹脉冲电场改变。

探测光经过电光晶体时，其偏振状态发生变化，再经偏振分束镜（这里常用的是沃拉斯顿（Wollaston ）棱镜）分为s 偏振和p 偏振的两束，这两束光的光强差正比于太赫兹电场。

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。

机械电动延迟线改变太赫兹脉冲和探测脉冲的时间延迟，通过扫描此时间延迟而得到太赫兹电场波形。

为了提高灵敏度和压缩背景噪声，泵浦光束被一机械斩波器调制，利用标准的锁相探测技术，即可获得太赫兹电场振幅和相位的信息。

图3-3 自由空间电光取样(FS-EOS)的经典装置
3.1.3 测量原理
电光取样的原理如图3-4所示。

假定探测光束沿z 方向传播， x 和 y 是电光晶体的结晶轴。

当电光晶体上施加电场，电感应双折射轴 'x 和 'y 相对于 x 和 y 成45°。

如果入射光束是x 偏振，则输出光束可由下式得到： ()0cos sin cos sin exp 04444001sin cos sin cos 4444x y E E i E ππππδππππ⎛⎫⎛⎫- ⎪ ⎪⎛⎫⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
(3.1-2) 其中 Γ+Γ=0δ 是 'x 和'y 方向偏振电场的相位差，包括动态(Γ, 太赫兹电场
感生的)和静态(0Γ, 来自电光晶体和补偿器的固有或剩余双折射)相位差。

方程(3.1-2)中，x 和y 偏振光强度为：
2200220
0cos 2sin 2
x x y y I E I I E I Γ+Γ⎧==⎪⎪⎨Γ+Γ⎪==⎪⎩ (3.1-3) 其中 200E I =为入射光强度。

可看出 x I 和 y I 是有关系的，即 0I I I y x =+。

这是
能量守恒的结果。

为了分别提取x 和y 偏振的光，通常使用Wollaston 棱镜。

静态相位项0Γ也称作光学偏置，常被设置为 2/π来进行平衡探测。

对于没有固有双折射的电光晶体（例如ZnTe ），通常用四分之一波片来提供此光学偏置。

因为电光取样的大多数情况下， 1<<Γ ，因此
()()001212
x y I I I I ⎧=-Γ⎪⎪⎨⎪=+Γ⎪⎩ (3.1-4) 两束光的信号具有相同的大小但是符号相反。

对于平衡探测，测量到 x I 和 y I
的差别，给出信号
0s y x I I I I =-=Γ (3.1-5) 信号正比于太赫兹感应的相位改变 Γ ，并且 Γ反过来与太赫兹脉冲的电场成比例。

对于<110> ZnTe 晶体，有下面的关系
341dn E πγλ
Γ= (3.1-6)
其中 d 是晶体厚度， n 是探测光束的折射率，λ 是波长, γ41 是电光系数， E
是太赫兹脉冲的电场。

图3-4 电光取样的坐标系
图3-5 所示的是自由传播的太赫兹脉冲的典型波形和它的频谱，这是利用大孔径光导天线做发射极，1 mm 厚<110> ZnTe 晶体做感应器通过自由空间电光取样测量的。

可以看出自由空间电光取样具有良好的信噪比和谱宽。

利用相干RegA 9000激光放大器(820 nm 中心波长， 250 fs 脉冲持续时间，250 kHz 重复频率),得到的信噪比高达1.8×106。

图3-5 1 mm 厚 ZnTe 晶体测量的典型太赫兹波形和光谱分布
需要强调的是，前面关于电光取样的讨论建立在稳定电场假设的基础上。

对于太赫兹脉冲这样的瞬态电场，需要考虑相位匹配。

当探测脉冲对于太赫兹脉冲具有不同的群速度（所谓的群速度失配或GVM),常常不是对太赫兹脉冲的相同位置取样而是扫描了太赫兹脉冲，导致了测量波形的展宽。

GVM可在时域讨论，也可在频域讨论。

因为介电常数在太赫兹范围的色散，频域处理较精确。

探测的频率响应函数与产生相同。

图3-6 (右)描绘了几种厚度的GaP感应器的频率响应函数。

左图描绘了探测光束群折射率和介电常数的色散。

感应器越薄，频率响应函数越宽。

因此一旦材料给定，就尽量使用薄晶体来得到宽频带。

然而，厚度小意味着相互作用的距离短，灵敏度差。

具体选择可根据特殊应用。

图3-7给出了测量信号与厚度的依赖关系。

对于厚感应器(2.57 mm), 测量波形严重扭曲，频谱分布必然低于薄感应器测量的信号。

图3-6 电光取样和 GaP的频率响应函数
图3-7(a) 分别由2.57 mm, 300 μm 和150 μm 厚<110> GaP 感应器测量的太赫兹瞬态。

(b)
光谱分布。

电光取样只需要非常低的探测能量，并且电光信号和探测能量之间具有很好的线性关系（图3-8），这就便于电光取样应用于并行测量（细节见下文）。

图3-8电光信号与光探测平均能量的线性关系
对于电光材料有很多选择。

表Ⅰ列出了一些电光测量常用的材料。

由于具有很好的速度匹配性和相对较大的电光系数，ZnTe 晶体是从亚-太赫兹到几十太赫兹自由空间太赫兹测量最好的电光晶体之一，并且已经广泛使用。

ZnTe GaAs InP GaP ZnS d=1(mm)(KV/cm)
89.0 161 153 252 388 场灵敏度(mV/cm ·Hz )
3.20 5.80 5.51 9.07 12.2 噪声等效功率(NEP)(10-16W ·Hz )
0.27 0.89 0.80 2.2 5.2 n TO (k=1,0,0⎡⎤⎣⎦)(THz ) 5.3
7.6 10.0 10.8 9.8 ε(300)μm 3.18
3.63 3.54 3.34 2.88 n (800nm )
2.85
3.63 3.53 3.18 2.32
3.1.4 相干中红外场的测量
光导天线的频率响应受到结构共振频率和光生载流子寿命的限制，小于6THz。

另一方面，电光效应本身很快，在飞秒量级，电光取样系统的频率响应受激光脉冲持续时间和群速度失配的限制。

因为10 fs超短激光脉冲广泛应用的，唯一限制因素就是群速度失配。

为了去掉此局限性，一个办法是选择具有较好群速度匹配的电光材料，另一个办法是利用薄样品。

ZnTe是目前达到此要求最好的电光材料。

它有在近红外和太赫兹频段之间相对大的二阶非线性系数和小的群速度失配。

对于薄<110> ZnTe晶体作为发射极和探测器，频率响应可达到约40THz甚至大于70 THz。

图3-9 给出利用ZnTe作为发射极和感应器的典型的时域波形和其相应的频谱。

发射极和感应器的厚度分别为30mm和27mm。

图3-9 用ZnTe作为发射极和感应器的典型的时域波形和其相应的频谱图
3.1.5 并行测量-啁啾展宽脉冲测量
传统的时域光学测量，例如泵浦-探测法太赫兹时域光谱，利用机械电动平移台来改变泵浦和探测脉冲的光程差。

载有泵浦光产生信息的探测光束的强度和偏振态在每一个瞬间的时间延迟下被记录下来。

通常，时域扫描测量中的数据获得是一连续的过程；探测脉冲取样期间记录的信号只是太赫兹波形非常小的一部分（大致是探测光束的脉冲持续时间）。

因此，单通道探测的数据采集速率限制在100Hz以内，因为时域扫描为几十皮秒。

显然，这个相对较慢的数据采集速率不能满足快速运动物体的时域太赫兹光谱，例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或多通道探测。

一个可行的方法是推广“实时皮秒光示波器”的设计，应用于自由传播太赫兹场的局部场表征。

图3-10是啁啾展宽探测光束电光测量实验装置的示意图。

除了使用了一对光栅来啁啾展宽探测光束和一探测器阵列光谱仪测量光谱分布外，几何结构类似于传统的自由空间电光取样装置。

使用的放大Ti:蓝宝石激光器(相干RegA 9000)的平均输出能量是 0.9 W，脉冲在250 kHz持续时间200 fs。

Ti:蓝宝石激光器的中心波长约为820 nm，光谱带宽从10 nm (Rega)到17 nm (Tsunami)。

太赫兹发射极是8mm宽的GaAs光导体。

焦距5cm的玻璃透镜将太赫兹光束聚焦到 4 mm厚的<110>ZnTe晶体上。

探测光脉冲被光栅对频率啁啾和时间展宽从亚皮秒到30皮秒以上。

由于光栅的负啁啾效应，脉冲的短波部分超前于长波部分. 固定的延迟线只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。

当啁啾探测光脉冲(约30ps长)和太赫兹脉冲共线通过ZnTe晶体时，由于朴克尔效应，不同波长成分的偏振态被太赫兹脉冲场的不同部分旋转。

旋转的角度和方向与太赫兹场的强度和极性有关。

经过锁相放大器器，偏振态的调制转化为光谱振幅的调制。

光谱仪用于将准直探测光束分散和集中到CCD相机。

由于探测器阵列有限的信噪比，应在零光透射附近完成电光调制以避免探测器饱和。

ZnTe晶体的剩余双折射造成调制背景。

探测光束相对于背景光的净变化很小，因此电光测量近似是线性操作，其中使用正交分析器。

图3-10 啁啾脉冲测量装置图，其中R表示参考光，S表示信号光。

图3-11(a) 给出了有和没有太赫兹调制的光谱，其差别正比于太赫兹电场。

通过改变太赫兹脉冲和探测脉冲的时间延迟，太赫兹调制在光谱上移位(图3-11(b))，显示了有用的时域窗口和线性化情形。

光谱只占CCD相机的一维（1D），因此实现1D空间和1D时域成像是可能的。

图3-10的装置需要一些修正。

探测光束先被扩展，然后由柱面透镜聚焦成细光线并照到电光晶体上；经过电光晶体后，探测光束被另一柱面透镜恢复为圆形束。

通过此方法，可测量到1D空间分布及时域波形。

图3-12描绘了聚乙烯透镜在三个横向位置成的光导天线的空间时间分布图像。

波前弧度清晰可见。

因为啁啾脉冲的测量是并行的，单脉冲包含所有信息，很显然使单脉冲测量成为可能。

图3-1-13是单脉冲空间-时间成像(对应图3-12(b)).
图3-11 实验结果图。

(a)有和没有太赫兹调制的光谱分布；(b)不同太赫兹-探测延迟的不同信号。

图3-12 时间-空间成像
图3-13 单脉冲空间时间成像
对于单点测量，没有太赫兹调制的参考光谱同时输入光谱仪和CCD，用做动态参考，因此在单脉冲中可获得单脉冲测量。

由于激光器波动能被动态修正而提供了较高的信噪比（如图3-14）。

啁啾脉冲测量技术的并行取样特性具有独一无二的性质：单脉冲性、超快测量速度。

由于这些优点，此技术可用于传统取样技术不能使用的场合。

可能的应用包括不可重复事件研究，例如发射极开启，非太赫兹信号的时间-空间成像、非同步微波和其他非同步超快现象，非线性效应等。

图3-14 有效单脉冲测量。

3.1.6 并行测量-太赫兹扫描照相机
啁啾脉冲测量使得在单程偏置下研究不可重复事件成为可能。

然而，理论分析
表明啁啾脉冲测量的时间分辨率由下式给出 0T
T T c =∆ ，其中 T c 和 T 0分别
是啁啾和未经啁啾的光探测脉冲的持续时间。

因此当 T c =100 ps 和 T 0 =0.25 ps 时 ΔT ≈5。

限制时间分辨率的因素之一是激光脉冲的光谱带宽，因为啁啾脉冲技术是频域技术。

太赫兹脉冲在时域调制啁啾探测脉冲，信号在频域被提取。

所以时间分辨率由于时间-频率关系而受到限制。

光扫描照相机在时域测量超快光脉冲。

对于直接测量，测量光的光子能量需要大于阴极功函数以致能够光激发出电子。

由于受到阴极材料的限制，传统的扫描照相机只适用于短波长，例如X-射线，UV ，可见光和近红外光。

已经做了很多努力来展宽可测量波长范围。

近来，有报道称一种远红外扫描照相机利用Rydberg 态原子，使测量波长由近红外扩展到100 mm 。

在这些实验中，需要UV 激光源将电子泵浦到激发态。

气体原子必须放在真空腔内。

约10年以前，用扫描照相机间接测量无线频率和微波，用电光调制器作为转化器，无线电波频率和微波信号被转化为连续波He-Ne 激光器的强度调制。

最高可测量频率由于电光调制器的带宽而被限制在约40 GHz 。

如上所讨论，随着自由空间电光取样的发展，带宽已扩展为40 太赫兹，电光调制器不再是限制因素。

另外，目前领先水平的扫描照相机的时间分辨率超过200 fs 。

因此，将电光仪器和光扫描照相机结合可以覆盖以前的不可达频率。

测量原理如图3-15所示。

太赫兹脉冲和线偏振长探测脉冲共线穿过电光晶体，经过Pockels 效应探测脉冲的偏振方向受到太赫兹脉冲电场的调制，并由偏振分析器将偏振方向调制转化为强度调制。

当太赫兹调制的探测脉冲照到扫描电子管的光电阴极，产生光电子。

这些光电子朝向微通道板(MCP)加速。

同时，在扫描电极提供的恰当的同步静电压下光电子沿x 方向偏转。

因此，不同时间产生的电子会射到MCP 的不同位置。

电子穿过MCP 后，经过几千次放大，然后在荧光屏上生成可见的成像轨迹。

荧光屏的图像被CCD 相机拍摄并输入计算机。

太赫兹扫描照相机的时间分辨率主要受到光扫描照相机的限制。

灵敏度估计为V/cm 6
图3-15 电光太赫兹扫描照相机的操作原理。

图3-16 由电光太赫兹扫描照相机及ZnTe 晶体作为转换器测量的太赫兹脉冲的时域波形。

(a)平均和(b)单脉冲结果。

太赫兹脉冲通常具有双极时域结构。

但是为了获得好的对比度，图3-16利用了零偏置附近的单极时域结构。

而且，太赫兹脉冲的偶极特性可通过太赫兹脉冲的干涉观察到。

当扫描两太赫兹脉冲的时间延迟，可得到干涉相长和干涉相消及偶极时域的结构图，如图3-17所示。

图3-17 光扫描照相机测量的两太赫兹脉冲的干涉。

3.1.7 探测几何结构和工作条件
在利用锁相放大器的单点测量中，电光调制通常工作在线性光偏置点来得到最大的信噪比。

但是在并行测量中，例如2D 实时成像和啁啾脉冲测量，使用2D 阵列仪器（通常是CCD 相机），不会再使用锁相放大器。

为了得到最高的信噪比（SNR ），必须得到最高的太赫兹调制深度。

因此，使用了正交偏振片结构，电光调制工作在近零光偏置点附近。

透射光可被写作：
()[]Γ+Γ+=00ηI I (3.1-7)
其中 I
0是入射光强度，η是散射因子，Γ
是光偏置，Γ是电场感应双折射因
子。

注意到,在近零光偏置点，有1
<<
Γ和1
<<
Γ。

调制度γ定义为信号-背景的比例，可通过下式得到
()2
2
2
2
2
Γ
+
Γ
+
Γ
+
Γ
+
Γ
Γ
=
+
-
≡
=
Γ
≠
Γ
=
Γ
≠
Γ
η
γ
I
I
I
I
(3.1-8) 最佳化工作点给出最大的调制度，即
η
η±
≈
+
⎪
⎭
⎫
⎝
⎛Γ
±
Γ
-
=
Γ
2
02
2
m (3.1-9) 最大调制度为
η
γ
2
m ax
Γ
≈ (3.1-10) 图3-18 给出了调制度-光偏置的实验和计算结果。

实验值和计算值吻合得很好。

图3-18 调制度-光偏置。

B 是最优化工作点。

如果信号Г 等于光偏置Г
，近零光偏置的一个问题是非线性响应。

图3-19给出图3-18上两光偏置点A 和C测量的两波形。

如果说曲线A的扭曲可以忽
略，曲线C却发生了严重的扭曲。

幸运的是，只要是Г
已知，这个扭曲可以恢复。

修正信号由下式给出
(3.1-10)
其中 I
s
是扭曲信号。

修正信号也在图3-1-19中描绘，与未变形曲线A吻合很好。

⎪⎩
⎪
⎨
⎧
<
Γ
+
Γ
-
Γ
-
>
Γ
+
Γ
+
Γ
-
=
Γ
,
,
2
2
I
I
I
I
s
s
图3-19 不同光偏置下归一化的太赫兹波形。

两曲线对应于图3-18标记的两位置A和C，其中空心点是利用方程（3.1-7）对曲线C修正数据，它与曲线A重叠得很好。

3.1.8 光电导天线与电光取样的比较
光电导(PC)天线和电光取样都可用于自由传播太赫兹脉冲的测量。

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 3 THz)和低斩波频率(～kHz)，PC天线有较高的信噪比（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。

对于大于几太赫兹的频率，PC天线的可用性大大降低，而电光取样仍有很高的灵敏度。

图3-20 光导天线和电光取样的比较。

图3-20描绘了相同发射极产生的、由光导天线和电光取样探测的太赫兹信号。

电光感应器获得的波形明显比天线的窄,可知电光取样的频带较宽。

电光取样需要的探测光束的能量比PC天线低的多。

这使得利用电光感应器实现并行测量成为可能。

完成并行测量空间上和时间上都趋向于使用电光技术，但PC天线实现并行测量是很困难的（如果不是不可能）。

存在的问题包括天线阵列的制作，线路，探测光束能量等。

电光感应器的调节和稳定性比PC天线的好。

但是，电光技术对激光噪声的灵敏度较高。