THz-Erzeugung
ZnTe-Kristalle
In der modernen THz-Zeitbereichsspektroskopie (THz-TDS) besteht der übliche Ansatz in der Erzeugung von THz-Pulsen durch optische Gleichrichtung (OR) ultrakurzer Laserpulse und der anschließenden Detektion durch elektrooptische Freiraumabtastung (FEOS) in nichtlinearen Kristallen spezieller Ausrichtung .
Bei der optischen Gleichrichtung wird die Bandbreite des einfallenden leistungsstarken Laserpulses in die Bandbreite der THz-Emission umgewandelt, während sich sowohl das optische als auch das THz-Signal gemeinsam durch den nichtlinearen Kristall ausbreiten.
Bei FEOS breiten sich sowohl THz- als auch schwache Sondenlaserimpulse gemeinsam durch den nichtlinearen Kristall aus, was zu einer durch das THz-Feld induzierten Phasenverzögerung des speziell vorpolarisierten Sondenlaserimpulses führt.Diese Phasenverzögerung ist proportional zur elektrischen Feldstärke des erfassten THz-Signals.
Optisch kontaktierte ZnTe-Kristalle
10x10x(1+0,01)mm
Nichtlineare Kristalle wie ZnTe mit einer Kristallorientierung <110> können in OR und FEOS bei normalem Einfall eingesetzt werden.Allerdings besitzen die Kristalle mit <100>-Orientierung keine nichtlinearen Eigenschaften, die für OR und FEOS benötigt werden, obwohl ihre linearen THz- und optischen Eigenschaften mit denen von <110>-orientierten Kristallen identisch sind. Die Voraussetzungen für eine erfolgreiche THz-Erzeugung oder -Detektion In einem solchen nichtlinearen, kristallbasierten THz-TDS-Spektrometer erfolgt eine Phasenanpassung zwischen dem erzeugenden (detektierenden) optischen Impuls und dem erzeugten (detektierten) THz-Signal.Dennoch weisen die für THz-Spektroskopieanwendungen geeigneten nichtlinearen Kristalle starke optische Phononenresonanzen im THz-Bereich auf, die starke Streuung des THz-Brechungsindex begrenzt den Phasenanpassungsfrequenzbereich.
Dicke nichtlineare Kristalle sorgen für eine THz-optische Phasenanpassung in einem schmalen Frequenzband. Sie unterstützen nur einen Bruchteil der Bandbreite des erzeugenden (detektierenden) Laserimpulses, da optische und THz-Signale über lange gemeinsame Ausbreitungsdistanzen einen größeren Walk-off erfahren.Die erzeugte (erkannte) Spitzensignalstärke ist jedoch im Allgemeinen bei großer Ausbreitungsentfernung hoch.
Dünne nichtlineare Kristalle sorgen für eine gute THz-optische Phasenanpassung innerhalb der gesamten Bandbreite des erzeugenden (detektierenden) Laserpulses, aber die erzeugte (detektierte) Signalstärke ist normalerweise gering, da die Signalstärke proportional zu den THz-optischen Co-Propagationsabständen ist .
Um eine breitbandige Phasenanpassung bei der THz-Erzeugung und -Detektion zu gewährleisten und gleichzeitig die Frequenzauflösung hoch genug zu halten, hat DIEN TECH erfolgreich einen refraktiven kombinierten ZnTe-Kristall entwickelt – einen 10 µm dicken (110) ZnTe-Kristall auf einem (100)ZnTe subtrahieren.In solchen Kristallen ist die THz-optische Koausbreitung nur innerhalb des <110>-Teils des Kristalls entscheidend, und die Mehrfachreflexionen müssen sich über die gesamte kombinierte Kristalldicke erstrecken.
