用到太赫茲到光工作頻率更快的頻譜淺析的1GHz單腔雙光梳機光器（文章譯自（Gigahertz Single-cavity Dual-comb Laser for Rapid Time-domain Spectroscopy: from Few Terahertz to Optical Frequencies ）Benjamin Willenberg1,*,x, Christopher R. Phillips1,*, Justinas Pupeikis1 , Sandro L. Camenzind1 , Lars Liebermeister2 , Robert B. Kohlhass2 , Bj?rn Globisch2 , and Ursula Keller1） 簡紹在這些篇文章中，當我門介紹一下了個獨立運營的單腔體空間區域多路復用的1.18 GHz固態硬盤安裝雙梳皮秒繳光器皮秒繳光器。可完成的高多次率差進行皮秒繳光的低躁音效能，能能在太赫茲時域光譜分析圖分析學（TDS）應運中來進行估算梳齒追綜和相干人均。當我門在皮秒繳光光的波長約為1.05廊坊可耐電器有限公司時，進行對20公分長、1bar混合氣體池中C2H2（乙炔）的吸取預估，說明了這類性能。然而，皮秒繳光器的0.85納秒延緩掃描器條件無比適用奪辯別率太赫茲計量檢驗學，有怏速的日均監測更新軟件傳送速度。當我門在使用效率的光電公司導全向天線器材來進行了首次實驗所。在太赫茲光譜分析圖分析預估中，當我門在2秒的會員積分時段內達到了了55 dB的峰峰值光譜分析圖分析日常動態條件，容許觀測3 THz的吸取基本特征。

該綜述為以內3個部份：一號部份簡紹雙梳離子束器簡答的噪音耐腐蝕性。然后部份演示軟件了C2H2的TDS預估沒想到。3部份討論稿了ETS用途中的指定時間的噪音和響應式布局環境監測。第四步部份重點了解太赫茲-TDS和板厚為預估。 正文

基于飛秒鎖模激光的光學頻率梳[1-3]已實現許多計量應用如光譜學和精密測距[4,5]。雙光頻梳[6,7]是光學頻率梳的一個有趣的擴展，它包括一對脈沖有細x間的差頻會產生相應的頻率線，從而在易于訪問的射頻域中實現了對梳狀線的分辨測量,雙梳源也是等效時間采樣（ETS）測量技術的強有力工具，有時被稱為異步光學采樣（ASOPS）。該技術利用兩個脈沖列之間的延遲掃描，實現對信號的采樣。在這個技術中，一個實時持續時間為1/f_rep的窗口可以被轉換為一個等效時間持續時間為1/Δf_rep的窗口，其中Δf_rep是其中一個梳齒重復的頻率，Δf_rep是兩個梳齒重復頻率之間的差異。這相當于將時間軸按比例因子f_rep/Δf_rep進行縮放。由于這種延遲掃描方法不需要任何移動部件，因此與傳統的基于機械延遲線的泵浦探測測量相比，可以獲得更快速和更長距離的掃描。高更新速率是重要的先進性能，因為它們能夠實現實時材料檢查和無標記成像。

 依據光頻梳的調節器技巧的個關健產品參數是點光源可網絡覆蓋的光光可見光波長使用的比率內。多數強的光譜分析基本特征坐落于近紅外光光可見光波長使用的比率內模版，這意思著就必須將以經旺盛期的你在一光光可見光波長使用的比率內內事情的繳光技巧與幀率轉變成方案格式相通過。舉例子，前段時間的研究分析使用的差頻頻發生生、光頻率特性自激振蕩和光整流等技巧，完美地優化了可探測系統的光光可見光波長使用的比率內，包含氧分子式的特點團地區中（3至5毫米）和氧分子式指紋識別地區中（5至20毫米）。光整流的個特別情形是太赫茲擴散（0.1到10 THz）的出現，隨著極有效率微電子導同軸電纜的新況，在前段時間幾年底太赫茲擴散有了多大家關注。

 THz頻段面對科學的和化工業用越來越關鍵，由于它不能對大量在內見光和紅外線上不乳白色的材料對其做好非傾入式監控和定量分析一下。用涵蓋監控1到5 THz區域內的光譜分析定量分析圖的特點，以判斷外觀專利一樣的金屬和火爆物[16]、主要采用不乳白色包裝機對其做好的質量操作監控、對漆對其做好μm級準確度的非傾入式層寬度測量的方法[17]、好的成績辨率氣味光譜分析定量分析圖學、并且用于標鑒放任定量分析一下怪物阻止的X放射線高能力的代替品的方法（由于THz放射性物質都不會形成電離相互作用）[18]。一些用經常主要采用太赫茲時域光譜分析定量分析圖高能力（THz-TDS）來應對。在THz-TDS中，另是某個光單智能列在另是某個試射器平臺上形成一列單時候間隔的THz單智能，而另另是某個光單智能列則被遲緩，并在另是某個考慮器平臺上等效時候采集THz場[19]。過去了十二年中，光導式外置天線（PCAs）的現況使他們變成了桌面圖標平臺的選擇，轉變成高效率敢達3.4％的工作功率[20]，在度的光單智能熱量下為數百人皮焦耳。不光依據PCA的調查外，合理利用非線型尖晶石和?nJ級光單智能熱量形成THz也遭到了極大程度的關注新聞[21,22]。

  多個PCA系統食用按順序頻繁 約為100 MHz的單電磁光與機械性延期級聯以保持著THz波型的等效用時取樣，但這會在線速度和掃碼時候間隔的空間區間內引起非常嚴重的權衡利弊。類似多種類型的單電磁光也需要完成ETS（等效用時取樣）保持著THz-TDS，但僅不同運用需一定的10ns的長延期時候間隔的空間（舉例子測試具備有長響運用時或高壓低壓下原子核相關相關氣體的急劇吸收能力線的要求）10ns。相對 多個運用，較短的時候間隔的空間（<1 ns）和一定的光譜分析圖區分率（>1 GHz）已就需要，舉例子在區域壓為下做出相關相關氣體光譜分析圖學，或論文檢測pet薄膜層厚薄的小變[23]。將掃碼時候間隔的空間限止在較短的時候間隔的空間內也需要不要在用時窗子開始時出現了死用時，這提高自己自己了信噪比，這是因此有效率數據信息將擁有更重的測試窗子。關鍵在于克服整個故障，自動化管控的光取樣（ECOPS）[24]和相關的系統[25,26]就被定制開發到，完成在大于按順序頻繁 的倒數的有限責任時候間隔的空間內自動化管控單電磁區間內的延期。別的種很有可能更簡便的工藝是食用高按順序頻繁 輕松自由操作雙梳單電磁光器。千兆赫茲的按順序頻繁 也需要在全延期時候間隔的空間內做出?100 fs的區分率掃碼，并保持著高（多千赫茲）更換速率單位。在THz-TDS中，切合PCA食用這樣的單電磁光器也是提高自己自己數據信息抗壓強度的有發展的途經，這是因此食用更快的的平均電機功率’也需要而且保持著在機械的單電磁能力破損閾值法下類。食用1 GHz [27]和10 GHz [28]的鈦原石單電磁光器探測系統系統單電磁-探測系統系統譜也就做出了研究探討，如果鈦原石的系統的高總成本阻擋了更寬泛的分為。

近年里來，由高多次率釔和鉺基次數梳的新進展，的使用千兆赫離子束開展雙梳光譜分析學和THz-TDS的廣泛應用導致了人類的新私信[29-34]。都具有低耗用、低非波形、低折射率腔的穩壓管泵浦粉狀離子束器異常特別適合形成千兆赫梳[35,36]，這些食品比以往的鈦黃寶石裝置很簡略得多，還出示最佳的高頻泵浦強度遏制。與光仟離子束器相較，這些食品也支撐更低的噪聲污染[31]、更好的電率，并屏幕上顯示出更很簡略的多次次數調整圖片大小。

該文提升了在雙頻梳選用的實際的部署安排中，整體性麻煩度是另外有一個個重中之重的思考工作這方面。普通整體性由一雙固定的飛秒二氧化碳繳光束束器行業手術器分解成，麻煩度很高，是需要有一個上報環。全是種高端的重覆施用辦法是施用單腔雙光梳二氧化碳繳光束束器行業手術器，中僅應用讓二個頻梳共享設備相同的個二氧化碳繳光束束器行業手術腔體，在人身人身自由自在運動睡眠狀態下確保頻梳期間的高相干性。這一種辦法現在已經在半導體材料盤式二氧化碳繳光束束器行業手術器[37]、人身人身自由自在個人個人空間雙邊環型二氧化碳繳光束束器行業手術器[38]和雙邊模鎖金屬二氧化碳繳光束束器行業手術器[39]等工作這方面受到了說明。最新，我們大家應用雙彎折多路多路復用技術[40-42]或個人個人空間多路復用技術[43,44]操作說明打了個組人身人身自由自在運動固態硬盤單腔室整體性，施用一切普遍光電pcb板，兼有超高的比較時序噪音污染耐腐蝕性。 [43]中報告書的整體性是可以確保子的周期比較時序發抖（[20 Hz，100 kHz]積分兌換范圍之內），所以企及了ASOPS整體性在泵浦-測探衡量工作這方面施用二個固定二氧化碳繳光束束器行業手術器的耐腐蝕性。還有就是，低耗損、低非平滑和低反射率腔體的整流二極管泵浦無水硫酸銅二氧化碳繳光束束器行業手術器特別比較合適產生千兆赫的梳光譜儀。想一想比普通的鈦瑪瑙整體性更容易，時候還能比較好地抑止中頻泵浦屈服強度的動蕩，支持系統更低噪音污染、越高輸出功率，以及與金屬二氧化碳繳光束束器行業手術器好于重覆率優化愈發容易。

1. GHz雙梳激光器

雙梳離子束器的規劃右圖1(a)下圖。平滑共焦離子束腔與單支雙三三菱鏡（179°頂角）個人空間多路按順序使用，行成在有源零件（增益值氯化鈉晶體和SESAM）上的隔離亮斑，還可以壓縮串擾。請目光，現實的腔多路按順序使用是只為讓呈對稱性而在鉛垂方往上達到的，但只為讓輕松考慮，在圖1(a)中以水平朝向朝向提示 。在高條件反射（HR）涂膜雙三三菱鏡上，光柱間距為1.6毫米左右，利用雙三三菱鏡的縱向旋轉還可以連續不斷改善按順序率差在[-175，175] kHz條件內。雙梳離子束腔的新技術關鍵在步驟環節中陳述。

 

圖1：提示圖：（a）由于三維區域多路復用技術的雙反射鏡共焦腔固態硬盤SESAM模綁定GHz雙梳智能機械器，（b）順利通過非偏振分束器立米體的5個梳的相干偏移閃避的干涉儀（c）使用THz準確時間域光譜闡述儀學的放置，這之中主要包括科學規范人身自由三維區域光電產品導外置天線開始THz引發和驗測（d）在乙炔（C2H2）有毒氣體室內的開始的雙梳光譜闡述儀學闡述。

1.1. 激光輸出表現

這2個人光梳彰顯出同時自重啟和添富藍籌的鎖模程序運行，其年均輸出電壓馬力范圍圖為不同木梳80毫瓦至110毫瓦，受可以用在泵浦馬力規定。這2個人光梳具有著基本上一樣的光電基本特征。馬力曲線方程是線性網絡的，電磁發生器激光在最大馬力運行方法點時到達了23%的光電生成速度(參照圖2(a)，逐漸腔內馬力的加強，電磁發生器繼續時間變短的趨勢英文滿足孤子造成的實際逆比率自然規律（參照圖2(a)）。在最大馬力運行方法點，電磁發生器的繼續時間為77 fs，借助首次諧波自關聯側量達到（參照圖2(d)），在光譜分析上的半高全寬為16 nm（參照圖2(b)），重點吸光度各分為為1058 nm（comb 1）和1057 nm（comb 2）。人們考察到這2個人梳的無雜波頻射（RF）頻譜，在某個重疊工作頻率約為1.1796 GHz的頻點上（圖2(c)）。重疊率差在那里被

設置為Δf_rep = 21.7 kHz。

  圖2：雙梳激光機器器內容導出性質的定量分析，兩位梳同時正常運行：(a) 差不多內容導出最大功率和輸入電脈沖發生器信號連續時刻隨泵浦功率的變化規律。詳情的鎖模程度結果表示表示在(b)-(d)，應用在事后的在線自動測量。(b) 光譜分析。(c) 在重復使用頻繁 差為21.7 kHz時，每家梳的微波射頻頻譜。(d) 使用三次諧波自涉及到的在線自動測量的輸入電脈沖發生器信號連續時刻。輸入電脈沖發生器信號連續時刻τFWHM是使用反卷積得到 的，猜測為sech2輸入電脈沖發生器信號線條（虛線相匹配的于sech2擬合曲線）。

1.2.  雙光梳激光器的噪聲表現

小編對脈沖激光手術的相對性的抗彎比難度噪音（RIN）和隨機震動做了表現。想關這類自動測量的詳實企業信息在補沖原材料中分享。關鍵在于，小編講解了任何專門梳的RIN。在獨立電腦運行實際情形下，兩光梳的RMS抗彎比難度噪音均為<0.01%，圖甲3（a，c）右圖。今天，RMS抗彎比難度噪音是由會員積分規則查詢相對性的抗彎比難度噪音（RIN）的公率譜規格（PSD）（會員積分規則查詢依據[10 Hz，10 MHz]）中擁有的。憑借反饋意見雙回路對泵浦公率做主動權安全穩定性，需要擁有更低的RIN。在泵浦安全穩定性實際情形下（滿足要素見方式方法），小編在可高達100 kHz的頻點依據內擁有了15 dB的RIN可抑制，然而使會員積分規則查詢RMS抗彎比難度噪音（圖3（a,c））降底打了個倍，非常接近小編最近幾天該報告的多模泵浦80 MHz脈沖激光手術器[43]的3.1 x 10-5[1 Hz, 1 MHz]的特低值。那樣的RIN程度影響于泵浦檢測數據分析，假如皮秒超聲檢查和的時間域熱漫反射講解[45]。

圖3(b,d)展覽了各級頻梳的相位嘈音。在2 kHz到100 kHz的幀率比率內，時序震動電功率譜比熱容（PSD）相比較平緩地隨幀率的降低。當選用泵浦報告時，該頻段嘈音豎直限制約10 dB，這顯示該頻段的嘈音對應著于泵浦的RIN。在泵浦RIN固定和人身自由行駛情形下，集分時期震動區分為2.4 fs和6.4 fs（集分比率[2 kHz，1 MHz]）。在如果低于2 kHz的較低幀率下，震動不會再由RIN主導地位，即使由設備嘈音源引致的，這符合國家公司的非優化調整光電器件板變現的腔體目標。

任何雙梳源的相干平均應用中至關重要的一項參數是兩個梳之間Δf_rep的相對時間或相位噪聲。在圖3(b,d)中標有“不相關"的曲線中顯示了此量，該量是通過[46]中提出的方法確定的。這個量的重要性在于：(i) 它通過f_rep/Δf_rep的比率決定了在等效時間采樣應用中的時序軸穩定性，(ii) 是相干雙梳光譜中涉及射頻梳線路中噪聲的主要貢獻因素，以及 (iii) 揭示了共腔結構抑制噪聲的程度。我們的無相關噪聲的測量結果表明，機械噪聲源（在頻率＜2 kHz，單個f_rep測量中可見）被強烈抑制。在自由運行配置（無泵浦反饋）中，高頻噪聲也被抑制，導致全頻段高達約20 dB的公共噪聲抑制（達到測量的噪聲基底），除了系統中一個大約在450 Hz左右的反相關機械諧振。> 2 kHz分量的抑制是因為兩個梳共享泵浦激光。

與眾不同的是，然而反映熱烈減弱了單獨一個梳齒的運動，但泵浦反映并不會出現顯長修改不涉及到的的燥音。他們對信用卡積分面積[2 kHz，1 MHz]，雙梳激光機器行業器的兩大類使用經濟模式切換都生產乘以1 fs的不涉及到的的時序運動。泵浦RIN動態平衡沒辦法印象不涉及到的的燥音的己經解答是會出現非相交燥音貢獻獎，諸如產自泵浦的非夢想偏振消光比。然而一樣，代有和不代有泵浦反映的燥音水平方向他們對今天第2和第4節中探討一下的使用演試己經足以低。如此，要為單純盡量，他們前邊續在測量少將軍銜激光機器行業器軟件設置為人身自由執行經濟模式切換。

 

圖3：（a）只有操作的雙梳二氧化碳激光束器在泵浦效果平穩和非平穩時候下的相對于效果躁聲（RIN）功能（具體情況見提供資料），、RIN的RMS信用卡積分換值（c）。好幾個發梳也以二氧化碳激光束器的較大 傷害熱效率約為110 mW/發梳的熱效率操作。（b）相應的的時序顫抖（TJ）功能：偏側熱效率譜體積硬度（PSD）和信用卡積分換時序顫抖量（d）由借鑒文章[46]精確檢測的好幾個同時光梳和不相關內容躁聲的偏側熱效率譜體積硬度（PSD）和信用卡積分換時序顫抖量（d），精確檢測的方案見借鑒文章[46]。

2. 紅外乙炔時間域光譜

借助其特低燥聲性，優質軟件程序運行的雙頻二氧化碳智能機械機器器能夠 實行主要用于雙頻二氧化碳智能機械機器光譜儀儀（DCS）。可是，主要是因為時序和另外的跌漲的后果，兩個人二氧化碳智能機械機器梳兩者的混頻拍在干擾圖像上造成時無非實行實行相干年均，必須要在使用相位調整軟件程序。類似這些相位調整的行不通性能夠 借助跟蹤軟件干擾圖的載波包絡相位

進行評估[44]。我們選用重復頻率相對較高的值Δf_rep

來有效降低低頻（<;2kHz）技術噪聲源的影響。干涉圖是通過將兩個共極化梳齒交叉在一個非偏振分束器立方體上獲得的，如圖1(b)所示。圖4(a)展示了一個典型的示例，展示了干涉圖相位的二階有限差分

的時候衍變。致使沖擊持續不斷地被植物判定在期間，如此會在時候上要明確正常地拉伸相位

[44]。在補充材料中，我們更詳細地描述了在使用不同的Δf_rep值時對所呈現的激光進行相位校正的可行性。

要為判斷該LED光源適使用于于類式 DCS 的相位靈敏技術應用，自己商品展示了乙炔在 1040 納米符近的拖動震動幅度帶的光譜分析。該如何設置下圖1(d)所顯示：這里面一款轉換光梳根據一款填有乙炔（1 bar，高溫.）的 20 多厘米長參照氣休池。將該光與第三個光梳在歪斜的 YAG 任務欄以約 70° 的入射角度來下去 S 偏振的合并為，組裝后的網口每一家單一的光梳默認效果約為 40%，互相預防在檢則絕對路徑中誕生所有諧振腔現象或脈沖表現多個。源自組裝網口的光被衰減并去金屬交叉耦合，并且在高速光學場效應管（Thorlabs，DET08CFC）上檢則兩位光梳的拍頻表現，該光學場效應管趨于其曲線回復地方。

為了以組合線分辨率提取氣體靶的光譜信息，我們采用[44]的方法：將干涉圖周期進行相位校正，通過用組合因子Δf_rep/f_rep縮放時間軸并相加將其轉移到光學域。將這個相干平均信號的傅里葉變換與頻移相結合，可以在光學頻率域內獲得組合線分辨率的光譜信息。雙梳激光器的重復頻率f_rep確定了單個光學組合線之間的間距。圖4(b)顯示了乙炔氣體池在0.8秒積分時間測量下的透射光譜，并與HITRAN數據[47]的預測進行了比較。測量和計算出的光譜在整個乙炔吸收在1040 nm附近的（轉動-振動）分支處都有很好的一致性。請注意，為了獲得更好的信噪比，可以將激光的光譜濾波至感興趣的區域，并將相應的更高功率的光在相關的光學頻率上發送到光電二極管上。在這里，我們為了簡單起見使用了激光器輸出提供的全光譜。

圖4：（a）以重復頻率差Δfrep采樣的干涉圖相位的二階現有差分的時光形成，并擴大時光軸。擴大版本的中的點指出一個干預圖。（b）在會員積分時光為0.8秒的自在運營GHz單腔雙頻激光行業手術器安于現狀行的乙炔雙腔光譜儀儀圖測試（DCS）。請主意，位于乙炔的降解的特點僅與激光行業手術器的電子光學光譜儀儀圖遠翼重復，機構光波長為1057 nm。圍繞著 1041 nm的降解線的擴大展現了DCS測試的光譜儀儀圖判別率，這里面每隔點相對應于幀率相隔為frep= 1.179 GHz或約4.3 pm的單獨某個光學玻璃腔線。

3.ETS用中的時候噪聲污染與自適宜采集

在等效周哺乳期間隔取樣在側量中，經常會利用引起網絡警報以防止出來在較長周哺乳期間隔絕對誤差上掌握時序震動。zui小化對此時序震動如此重要的，所以它會在最低值過程中 中模湖周哺乳期間隔軸，對此降網絡警報標準和頻譜區分率。在這兒里，我門利用雙腔約束圖（IGM）來反復追綜和修復自衛權自動運行智能機械器的時序漂移。如上指出，IGM是在幾個智能機械腔中的拍頻有的（見圖1（b））。當遇到幾個智能機械腔的激光脈寬在周哺乳期間隔上相同時，可能會出來IGM峰。關鍵在于選定這類峰的延時，我門利用希爾伯特切換的漲幅導入IGM包絡，之后在實施二階矩統計來統計周哺乳期間隔峰區域。應納稅所得額到的IGM峰周哺乳期間隔會在等效周哺乳期間隔取樣在側量的題材下釋義為延緩為零。在在這兒些峰中直線插值，我門會在在側量哺乳期間的各種周哺乳期間隔得到 幾個激光脈寬列中的光延緩。

能夠之后的IGM峰區間內的時光振幅（分別于精力抽動），能解析所提升的光延后軸的精確性。盡可能能能夠IGM峰提升此抽動（這里是.我應用于自轉變監測的THz-TDS測量客觀存在的技巧），但能夠[46]的技巧提升PN-PSD的相位燥音耗油率譜密度單位能提升較多就激光束器時光因素的內容，長為3(b)圖示。

通過 PN-PSD 的加權積分是得到周期抖動的一般方法。對于一個由相位 Φ(t) 描述的信號和對應的單側相位噪聲功率譜密度 ，周期抖動可以表示為 [48]中給出公式：

其中是采樣頻率 Δf 相關的加權因子，fmin 和 fmax 是 PN-PSD 中偏移頻率 f 的積分限。

在ETS的背景下，相位Φ(t)通過與時變重復頻率差聯系在一起，并且標稱周期由給出，其中表示平均重復頻率差。然而，在這種情況下，周期抖動可能會具有誤導性，因為它受到緩慢漂移的影響，即使自適應采樣也會糾正這些漂移。為解決這個問題，我們確定自適應采樣無法糾正的周期抖動部分。由于混疊效應，高于Δfrep的高頻噪聲部分被部分投影到低于Δfrep的頻率上，這是TJ-PSD在這些頻率上仍存在有限貢獻的原因。

與其為每個重復頻率差Δfrep設置執行實驗，我們可以根據參考文獻[44,46]直接從擊拍測量獲得的相位Φ(t)中提取信息。為了模擬自適應采樣步驟，我們計算了校正相位

其中是在網格點之間的連續相位Φ的線性插值。在圖5(a)中，顯示了不相關的時間抖動功率譜密度以及模擬重復頻率差為1 kHz、5 kHz和22 kHz時對應的自適應采樣校正的功率譜密度。對于不同的采樣頻率應用周期抖動形式化方法會得到圖5(b)呈現的曲線。對于自由運行的雙梳激光器，我們發現在重復頻率失諧Δfrep>18 kHz時，經過自適應采樣后光學延遲軸的RMS時間誤差低于1 fs，在重復頻率失諧Δfrep>1 kHz時低于10 fs。需要注意的是，在1 kHz以下的技術噪聲可以在機械優化的系統中得到緩解，因為當前的設置是在一個光學面包板上使用標準的反射鏡支架和5厘米高的支撐柱搭建的。在下面討論的THz-TDS應用演示中，我們以兩種配置運行雙梳激光器：在Δfrep= 22 kHz時，這些技術噪聲源可以忽略不計，而在Δfrep = 1 kHz時，自適應采樣周期抖動值10 fs仍然比預期的zui快時間特征>200 fs（考慮到zui大THz頻率為5 THz）要小得多。

圖5：(a)不相關自由運行雙梳的時間抖動功率譜密度（TJ-PSD）在不同自適應采樣條件下的情況。顯示了三種不同的自適應采樣情況（對應于Δfrep值為1 kHz、5 kHz和22 kHz）。 (b)在不同采樣頻率（即重復頻率差Δfrep的設置）下自適應采樣后光學延遲軸的周期抖動，用于自由運行雙梳激光器。

4. 太赫茲時域光譜圖學

在太赫茲實驗性中，.我將兩梳的光可以視情況加以引導到兩自由度余地光電技術導同軸電纜上（圖1(c)）。在放射器電子器件的有源區域性內，一些激光機器單脈寬會出現一些局布正電荷量云，該正電荷量云在兩參比電極期間的50毫米開距中接受偏置電場強度（40 kV/cm）的加快和提升，而使出現單脈寬太赫茲普及。所選擇的摻鐵InGaAs產品網上平臺的超快獵取時長會讓太赫茲單脈寬的次數規模可高達>6 THz [49]。

在THz測試中，咱們將的兩種梳的光源會照曬到的兩種隨心所欲環境空間微電子導wifi天線上（圖1(c)）。在發送器電子器件的項目區域劃分內，每種繳光輸入脈寬會生產一款高斯模糊自由電荷云，完成偏置交變電場（40 kV/cm）在兩電極的原材料中間的50 µm油隙里加速并形成輸入脈寬THz輻射源。鐵摻入InGaAs的原材料游戲平臺的超快吸引時期因此形成更具萬代高達>6 THz頻繁主要內容的短THz輸入脈寬被選為將會[49]。

會產生的THz輻射危害能夠 成對硅球透鏡（就直接使用在光電材料導定向wifi天線上）和重金屬偏斜軸拋物面鏡通過集中基本原則新集中到閱讀器元元件上。在閱讀器元元件中，2、個梳的光電激光脈沖當做門采用光電材料子監測THz波。更具有體地說，一些光電激光脈沖在10 µm的定向wifi天線縫隙中合成一些電荷量云，被THz波的磁場減速，關鍵在于在nA-µA范疇內所致小電壓，被遷移抗阻增加并檢查在示波器上。

為了確保THz光電導天線和激光振蕩器之間沒有光學反饋，兩個自由空間光路都包括法拉第隔離器（EOT，PAVOS +）。發射和接收臂中的光功率由一對半波片和偏振分束器控制。光束在發射器上被聚焦到亞50 µm的斑點（1/e2直徑），用f=50 mm的非球面透鏡，在接收器上聚焦到亞10 µm的斑點，用f=20 mm的透鏡。由于透明光學元件和隔離器晶體的正色散，加上由啁啾鏡提供的負色散（總計約為-4000 fs^2），以確保在光電導器件上壓縮77 fs脈沖。為了進行平均處理，我們使用IGM信號（在第3節中描述）實現THz時間跡線的自適應采樣，并使用光學延遲軸的線性插值。2秒積分或約44000次平均的結果如圖6所示。主要的THz峰在零光學延遲處重復出現，其重復頻率為1/Δfrep≈850?ps（標志著掃描窗口的末端），然后是由自由空間THz光束路徑中水蒸氣自由感應衰減引起的振蕩，其長度約為30 cm。通過傅里葉變換得到的頻譜域中，吸收特征更加清晰可見，使用500 ps的縮窄窗口進行調制。我們使用這個縮窄窗口來抑制關于光學延遲為600 ps的THz時間跡線上的特征，這個特征在第4.2節中進行了更詳細的討論。減少的光學延遲導致THz頻譜中的頻譜分辨率為2 GHz。在這些條件下，我們在THz功率譜密度中發現35 dB的峰動態范圍，可以解決高達3 THz的光學頻率吸收特征（圖6(c)）。噪聲水平是通過對僅將接收器裝置照明而不產生THz輻射的單獨時間跡線進行確定的。背景跡線的處理與信號跡線的處理相同，但在頻率域中進行zui終的平滑處理，采用移動平均方法。

圖6：(a) THz信號時間跡線的前50 ps的放大圖(b)，得自對雙脈沖激光的重復頻率差為~22 kHz的全光學延遲范圍1/Δfrep = 850 ps的2秒積分時間或約44k次平均值。發射器施加的偏壓為200 V，到達發射機和接收機的平均光功率分別為80 mW和30 mW。注意，應用了數字帶通濾波器，將信號限制在THz頻率范圍內[50 GHz，5 THz]。前50 ps延遲范圍表明自由空間THz光束路徑中的吸收導致了明顯的自由感應衰減。(c)由(b)通過傅里葉變換和500 ps調制窗口得到的THz信號功率譜密度，得到2 GHz的頻譜分辨率和35 dB的動態范圍。(d)通過改善放大器噪聲，以更低的更新速率Δfrep = 1 kHz，在2秒積分時間內獲得了動態范圍增加到55 dB的THz譜。在兩種情況下，平滑背景是從相應的分離時間跡線中獲得的，在這些時間跡線中，自由空間THz光束路徑被阻斷。明顯的吸收特征來自空氣路徑中水的吸收。請注意，由于兩次測量的不同濕度條件（(c)為晚夏，(d)為初冬），吸收強度發生了變化。

在這種高更新速率（Δfrep ≈22 kHz）下獲得的THz頻譜動態范圍很大程度上受到轉阻放大器的噪聲系數的限制。使用高重復率差操作激光需要足夠的射頻（RF）檢測帶寬來讀取接收器設備的輸出。光學THz頻率根據等效時間縮放因子Δfrep/frep映射到RF頻率范圍內。

為了探測高達5 THz的THz頻率，需要93 MHz的射頻帶寬。用高增益帶寬低噪聲的放大器放大弱信號是有挑戰性的。在我們的檢測方案中，我們使用一個3 dB帶寬為200 MHz，傳輸增益為104 V/A的轉移阻抗放大器（Femto HCA-S），然后是一個帶寬寬的低噪聲電壓放大器（Femto DUPVA-1-70），其電壓增益為30 dB。zui后，在數字化之前，我們使用一個200 MHz的抗混疊濾波器（Minicircuits BLP-200+）和示波器（Lecroy WavePro 254HD）。關于這些條件下獲得的動態范圍的詳細討論在第4.1節中提供。為了證明放大器對動態范圍的限制，我們進行了額外的測量，更新速率為1 kHz，因此對射頻檢測帶寬的要求放松到約4.2 MHz（對于高達5 THz的THz頻率）。同時，自由運行的雙頻激光器的低噪聲性能和自適應采樣步驟導致周期抖動小于10 fs（第3節）。為了確保頻率<5 THz的光譜信息不會在時間軌跡的后續平均步驟中被清除，我們使用DHPCA-100放大器（FEMTO）替換了HCA-S放大器（傳輸阻抗增益105 V/A，輸入等效噪聲電流480 fA/√Hz，射頻帶寬3.5 MHz），結果使得THz信號的PSD的信噪比提高了20 dB（圖6（d））。對于兩種配置（Δfrep≈22 kHz和Δfrep≈1 kHz），THz譜都顯示出相同的尖銳吸收峰，可以被識別為水吸收。圖7顯示了這些吸收峰在Δfrep=1 kHz的情況下與HITRAN預測[47]的比較。測量位置和吸收峰的相對強度與HITRAN預測的非常好的一致性表明，在我們的自由運行雙梳THz測量中，光延遲軸經過了良好的校準和線性化。

圖7：（a）比較通過THz-TDS測量的約30厘米自由空間路徑的吸收特征和HITRAN預測的水（H2O）蒸汽濃度為1.1％的吸收譜。 THz-TDS吸收譜是通過減去THz頻譜包絡（詳見附錄）從透射譜（圖6（d））中獲得的。吸收峰的位置非常吻合。對于高頻率，當預測的峰吸收強度超出THz-TDS測量的動態范圍時，吸收強度會有所偏差。（b）縮放到1 THz和1.3 THz之間的區域，以說明THz-TDS測量的約1.2 GHz的光譜分辨率可以很好地采樣每個吸收峰。 THz-TDS測量是在重復頻率差異 Δfrep= 1 kHz下進行的，總積分時間為2 s。

4.1.談話THz-TDS測定中的動態化的范圍

在考慮信號強度、光延遲范圍和積分時間時，參考文獻中的數值非常重要。在我們的實驗中使用的設備，進行了參考測量，使用了驅動波長為1550 nm和脈沖重復頻率為80 MHz的激光器。在這些測試條件下，獲得的峰值THz信號電流強度為500-700 nA，光學功率為20 mW（發射器和接收器均為此值）。在這里，我們使用Yb激光技術探究這些摻鐵PCA器件的運行情況。盡管配置大不相同（1050 nm波長和1.2 GHz重復頻率），但我們獲得了相似的THz信號電流（515-550 nA）。發射器上的平均光功率為80 mW，接收器上為30 mW，對應的脈沖能量遠低于光電導器件的脈沖能量損傷閾值，這是由于激光的高GHz重復頻率，與80 MHz的脈沖重復頻率的測試測量相比。我們實驗中所需的增加光功率，可以通過1550 nm和1050 nm驅動器之間的光子數縮放來解釋。

雖然我們的信號強度與參考測量值相當，但我們獲得了顯著較低的動態范圍。一篇類似的光電發射機和接收機對的THz功率譜報道了105 dB的高動態范圍，該譜通過光延遲60 ps和總積分時間60 s的機械延遲掃描獲得[50]。相比之下，我們在Δfrep≈ 22 kHz配置下獲得了35 dB的動態范圍，而在Δfrep≈ 1 kHz配置下獲得了55 dB的動態范圍。這種差異可以部分地解釋為平均值的數量。我們掃描了更長的延遲范圍，這降低了動態范圍（DR）。為了比較我們的結果，請注意，THz-TDS測量的DR隨著測量積分時間Tmeas和時間光延遲范圍Trange縮放，對于我們的平滑窗，Trange= 500 ps，因此具有2秒示波器跟蹤的有效測量時間為2 s?500/850 = 1.18 s。因此，（Tmeas/T2range）大約要小3530倍（35.5 dB）。

部分的誤差可以通過測量的電子底噪來解釋，這與所使用的跨阻放大器有關。基于機械延遲線的系統涉及到光延遲的較慢掃描，將檢測到的射頻頻率限制在幾十kHz以內。在這些條件下，低噪聲跨阻放大器的輸入等效噪聲電流可以低至43 fA/√Hz，跨阻增益為107 V/A，而在Δfrep=22 kHz的測量中，相應的噪聲電流為4900 fA/√Hz。動態范圍的影響可以通過噪聲水平的平方比例來獲得，對于22 kHz的配置，這對應于(4900/43)2≈40 dB。考慮到這個電子因素和時間縮放因子，我們報告的35 dB的動態范圍在參考文獻[50]中使用的條件下應該理論上縮放到35 dB+40 dB+35.5 dB=110.5 dB。對于Δfrep=1 kHz的配置，實驗采用的跨阻放大器具有10倍更低的輸入等效噪聲電流(480 fA/√Hz)，這產生了預期的20 dB提高THz功率譜密度(Figs. 6 (c,d))。對于這種配置，我們得到類似的縮放，從測量中得到55 dB的動態范圍，35 dB的時間縮放因子，以及(4900/480)2=21 dB的放大器。雖然這些計算解釋了主要影響，但應注意，動態范圍也可能受到接收天線本身的限制，因此進一步改進放大器必須在實驗中進行測試。

4.2.THz單脈沖反射性和高精確規格測量

接下來，我們展示了THz前端測量樣品在自由空間THz光路中插入的光學和物理厚度的能力。在這里，我們將一塊(2.0±0.2)mm厚的c切割藍寶石窗口插入光路中。圖8顯示了單次延遲掃描的THz時間跟蹤圖與光學延遲的關系，在激光器設置的重復率差Δfrep為1 kHz時更新率為1 kHz，經過2秒的平均處理后，包括有和沒有額外藍寶石窗口的情況。請注意，時間零點對于兩種情況都沒有改變，并由紅外的干涉信號觸發確定。這使我們能夠識別主THz脈沖的延遲τ1到τ3，包括藍寶石窗口在零光學延遲周圍的分鏡效應（如圖8(b)所示）。此外，我們可以確定在光學延遲約為600 ps處的延遲τ4到τ6，它對應于THz脈沖在總共三次而不是一次（如圖8(c)所示）的發射器和接收器之間的自由空間區域傳播。這是因為少量的THz光被接收器反射回自由空間路徑，傳播回發射器，再次反射向接收器。從窗口的光學和物理厚度對觀察到的不同延遲的貢獻總結在表1中。我們通過大似然擬合物理模型，發現藍寶石窗口的物理厚度l=(2.094±0.007)mm和光學頻率約為1 THz時的群組折射率ng=3.109±0.010。所述誤差對應于擬合的1σ誤差。兩個值都與窗口的機械厚度公差和文獻報道的群組折射率相符。

不但，自洽擬合曲線最終結果近乎就就沒有不確認性，印證了就就沒有藍黃寶石視口的最初THz準確時間追蹤定位中在約600 ps光推遲了處的偽影來自于于THz波形圖在THz什么是自由環境路線上的收到器和釋放器配件上的反射面。

 表1：將藍寶石窗口插入自由空間THz光束路徑中導致THz波形光延遲的貢獻。ng表示藍寶石在其c軸上的群折射率，L表示窗口的物理厚度，c表示真空光速。

圖8：校正2mm的C打孔藍原石視口的初中物理薄厚和好友分組條件反射強度率。視口來說于紅外涉及圖和氣流孔徑的紋線條件反射強度提拱了THz波形參數的光時間段推遲了（見示想法）。強條件反射強度在4個光時間段推遲了測試的時間段追綜目標中明晰明顯明顯可見的的，該測試的刷新率有1 kHz（a）。在（b）和（c）中拇指示的時間段推遲了τ1到τ6的值在表1中提拱。請提前準備，來說時間段推遲了區間600ps到750ps，（c）中的電磁波軸做出了占比尺發生改變，以新增僅在差不多后才與噪聲源電磁波判定出的合適電磁波的明顯明顯可見的的性。來說所有追綜目標，已應用領域數碼帶通濾波器，將電磁波被限在[50 GHz，3 THz]的THz頻點區間內。

座談

自己都分享會了以GHz再次規律泵浦的面積多路多路復用單腔雙光梳脈沖信號脈沖脈沖激光器，其被面積單模二級管的表揚。共聚焦點腔方案與在反射層顯卡配置下方法的雙三棱鏡禁止再次規律不相同性廣泛可控，達到了±175 kHz，脈沖信號持續不斷時刻為77 fs，任何光梳脈沖信號脈沖脈沖激光器的分別導出功率為110 mW。超底噪聲源性能方面使用核算精確定位自由度程序運行的脈沖信號脈沖脈沖激光器梳齒線導出變為將，這反前來又使用協同管理分別雙光梳光譜分析儀學具備相近1 GHz的譜判斷率。自己都經過對乙炔其他氣體池的原感性光譜分析儀學實驗室分享會了許多技能，能能在1040 nm四周處理好所有甩動共振消化本質特征，與HITRAN的分折相同。

顯然，當讓我們都都可不可能運用雙光梳二氧化碳電脈沖電脈沖光器輸出的做好優質的時域THz實驗，測探條件氧氣的光譜分析結構特征，直至3 THz的次數，并在藍月亮石任務欄圖標上做好明確的層機的薄厚檢測。THz實驗從全0.85 ns廷遲測試拍照的多kHz提升速度中受益。當讓我們都都的的結果是因為，采取1550 nm的方法結構設計區的摻鐵InGaAs基光電公司外置天線可不可能可能通過GHz重頻的1050 nm二氧化碳電脈沖電脈沖光能夠到zui先jin的表現剛度。當讓我們都都有的55 dB動態的範圍可不可能很好的地說明為THz表現剛度（與兆赫級1550 nm二氧化碳電脈沖電脈沖光器的參考價值檢測一定）、長廷遲測試拍照範圍（0.85 ns）及其電子器件放縮器的的噪音。顯然，與在約100 MHz按順序次數下正常運作的過去系統相信，GHz按順序次數變低低的電脈沖能量轉換能較高的的平均額定工作效率正常運作。以至于，滿足到按順序次數可拓展性到10 GHz [32]及其運行額定工作效率可拓展的Yb參雜收獲有機溶劑[44]，當讓我們都都開展這類高功效THz-TDS實驗的低有難度度單腔nvme固態雙梳二氧化碳電脈沖電脈沖光系統，尤其是在滿足到按順序次數可拓展性的問題下，都會有有效的益處。

對昊量光電技術：濟南昊量光電薄膜儀器機 十分有限總部是光電薄膜儀器物品專門進口地區代理，物品屬于常見激光機器行業器、光電薄膜儀器熬制器、光電薄膜儀器測定機 、光電薄膜儀器元器件封裝等，所涉應用包含了相關材料生產制作、光移動通訊、生態學技術醫療管理、小學科學探討、國防安全、量子光電薄膜儀器、生態學技術顯微、云科技感測器、激光機器行業制造出等；有企業客戶保證完整性的機 使用，培訓教育，硬件設施開拓管理，應用開拓管理，平臺結合等安全服務。

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