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科普 | 光学延迟线在太赫兹时域光谱技术中的应用

光学延迟线是一种能够改变光程的装置，在太赫兹时域光谱技术（THz-TDS）、光学相干断层成像技术（OCT）、超快时间分辨率光谱技术等光学探测领域有广泛的应用。

在典型的基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统中，采用光电导采样方法对太赫兹时域信号进行采集。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；然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相连的采集电路对这个电流进行进行采集与处理。其中，PCA中形成的光电流与THz瞬时电场是成正比的。而探测脉冲与泵浦脉冲之间的时间延迟则是通过光学延迟线来实现的。

▲ 光电导天线探测原理

光学延迟线装置通过手动直线滑台、步进电机、音圈电机或直线电机等直线位移单元带动微位移平台上的反射器件进行单向移动，改变光程，从而实现光学延迟，由于微位移技术具有较高的可靠性且成本较低，这种方法被广泛地使用。另外，通过旋转电机也可带动反射器件进行高速旋转，改变光程进而实现光学延迟，这种方式可以实现更高的采样速率，但是相应的延迟精度也会降低。