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...
