使用在太赫茲到光頻繁 如何快速頻譜剖析的1GHz單腔雙光梳激光器器（本篇文章譯自（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） 解紹來到篇醫學論文中，讓.我說了一大個自衛權運行的單腔體三維空間多路復用的1.18 GHznvme固態雙梳脈沖機光器脈沖機光器。可體現的高從復率差緊密結合脈沖機光的低噪音性能參數，就可以在太赫茲時域光譜儀儀儀學（TDS）用途中確定折算梳齒追查和相干分別。讓.我在脈沖機光光波長約為1.052um時，采用對20Cm長、1bar廢氣池中C2H2（乙炔）的溶解的作用精確精確測量，證明了一些技能。不僅而且，脈沖機光器的0.85納秒延遲時長掃碼范疇之內相對符合最高辨別好壞率太赫茲的計量學，含有很快的累計定位更換速率單位。讓.我運行提高效率的光電科技導wifi天線器材確定了最初始研究。在太赫茲光譜儀儀儀精確精確測量中，讓.我在2秒的兌換積分時長內高達了55 dB的峰峰值光譜儀儀儀的動態范疇之內，充許監測3 THz的溶解的作用基本特征。

該開題報告構成以內些那的這一些：一那的這一些推薦雙梳激光束器基本躁聲效果。2那的這一些親身演示了C2H2的TDS測定方法數據。最后那的這一些熱議了ETS應該用中的定期躁聲和自改變抽樣。第六那的這一些關鍵點大家關注太赫茲-TDS和板厚為測定方法。 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。

 特點提取光頻梳的傳感器枝術的一款 要點主要參數是的光源可覆蓋率的激發光譜圖位置。多個強的光譜圖特點建在近紅外激發光譜圖位置之中，這一味著需將就已旺盛期的從這一激發光譜圖位置內工作上的激光器枝術與頻繁 轉移方案范文相組合。列舉，在之前這一段時間的實驗動用差時有發生生、光頻率特性自由振蕩和光整流等枝術，成功失敗地映射了可發現的激發光譜圖位置，還包括原子核的的功能團范圍（3至5毫米）和原子核指印范圍（5至20毫米）。光整流的一款 特俗問題是太赫茲光擴散（0.1到10 THz）的會產生，仍然科學規范光電公司導定向天線的發展，在在之前這一段時間幾年中呢，太赫茲光擴散獲取了廣泛應用目光。

 THz頻段關于科學技木和工業園應該用極其比較重要，鑒于它同意對多數在可以看出光和紅外實體不透明度色的用料實行非侵擾式驗測和闡述。應該用屬于驗測1到5 THz依據內的光譜儀儀儀癥狀，以分辯看相似性的塑料管和爆管物[16]、可以通過不透明度色設計實行質量調節監控、對刷漆實行微米換算級誤差的非侵擾式層層厚在線測量[17]、抓判定率有毒氣體光譜儀儀儀學、并且算作標簽設計自由權闡述生物學集體的XX射線技木的替代品技巧（鑒于THz覆蓋不會輕易帶來電離因素）[18]。哪些應該用常常選用太赫茲時域光譜儀儀儀技木（THz-TDS）來解決。在THz-TDS中，一光激光電輸入電磁造成的列在一衛星發射器器上帶來一列單定期的THz激光電輸入電磁造成的，而另其中一個光激光電輸入電磁造成的列則被遲緩，并在一發收器器上等效時間間隔采樣系統的THz場[19]。從前十多年中，光導式全向天線（PCAs）的進況使它是稱得上電腦桌面系統的的考慮，換算高效率獨角獸高達3.4％的電機功率[20]，在合理的光激光電輸入電磁造成的動能下為數十萬皮焦耳。除依據PCA的實踐外，充分利用非線形多晶體和?nJ級光激光電輸入電磁造成的動能帶來THz也面臨了很大的矚目[21,22]。

  大多PCA平臺適用反復概率約為100 MHz的皮秒機光束機器與機械性延期級聯以調控THz弧形的等效日期采樣系統系統，但這會在進程和掃一掃依據內呈現難治的既定。也品類的皮秒機光束機器也能否能否用ETS（等效日期采樣系統系統）調控THz-TDS，但僅此類app都要此類的10ns的長延期依據（如在線衡量有著長回應日期或高壓低壓下大分子有害氣休的粗糙融合線的個人目標）10ns。在大多app，較短的依據（<1 ns）和此類的光譜圖儀鑒別率（>1 GHz）已有足夠，如在的環境水壓下來有害氣休光譜圖儀學，或測試聚酯薄膜層板厚的肺部結節影發展[23]。將掃一掃依據受限制在較短的依據內也能否禁止在日期視口開始和結束時產生死日期，這改善了信噪比，擔心合理有效走勢將摧毀較大的在線衡量視口。要想解決一個的問題，智能調控的光采樣系統系統（ECOPS）[24]和另外的的辦法[25,26]就就已經 被發展出來了，能否用在大于反復概率的倒數的現有依據內智能調控輸入單脈沖造成的內的延期。同一種會更輕松的的辦法是適用高反復概率政治權利展開雙梳皮秒機光束機器器。千兆赫茲的反復概率也能否在全延期依據內來?100 fs的鑒別率掃一掃，并調控高（多千赫茲）更新系統傳輸速率。在THz-TDS中，組合PCA適用此類皮秒機光束機器器也是改善走勢效果的有趨勢的方法，擔心適用更為重要的均熱效率’也能否同時始終保持在設施設備的輸入單脈沖造成的電能軟組織損傷閥值下列。適用1 GHz [27]和10 GHz [28]的鈦黃藍寶石皮秒機光束機器器發現器輸入單脈沖造成的-發現器譜也就就已經 來了研發，只不過鈦黃藍寶石的辦法的高的成本阻擋了更大范圍的采用了。

近來來，可能高重疊率釔和鉺基率梳的進步，選擇千兆赫脈沖光束對其進行雙梳光譜分析學和THz-TDS的APP誘發了人體的新了解[29-34]。含有低耗用、低非線型、低反射率腔的電感泵浦固體顆粒脈沖光束器越來越時候會產生千兆赫梳[35,36]，因此的比經典的鈦晶石系統容易得多，一同具備效果更好的高聲音頻率泵浦標準促使。與光釬脈沖光束器相比較，因此的也能夠更低的的噪音[31]、極高的額定功率，同時凸顯出更容易的重疊率縮小。

該文談及了在雙頻梳APP的真實堡壘機被部署中，整體僵化性度是另一款 說的是個要點的來考慮影響。傳統藝術的整體由一前一后解鎖的飛秒皮秒機光器根據，僵化性度很高，須得幾種反映環。有種現進的改用的辦法是適用單腔雙光梳皮秒機光器，在其中控制讓兩根頻梳共用同個個皮秒機光腔體，在任意程序運營模式下控制頻梳相互間的高相干性。那樣的辦法開始在半導體芯片盤式皮秒機光器[37]、任意室內面積交叉環狀皮秒機光器[38]和交叉模鎖電信光纖寬帶皮秒機光器[39]等等角度取到了證實。比較近，人們再生利用雙折射率多路復接[40-42]或室內面積復接[43,44]親身演示了了組任意程序運營固態硬盤單腔室整體，適用一切熟悉磁學構件，都具有極為低的的比時序躁音食用安全性能。 [43]中檢測結果的整體可不可以控制子壽命比時序顫抖（[20 Hz，100 kHz]兌換積分區域），最后超出了ASOPS整體在泵浦-試探測定等角度適用兩根解鎖皮秒機光器的食用安全性能。與此也，低自然損耗、低非波形和低散射腔體的整流二極管泵浦氣體皮秒機光器極為比較合適引起千兆赫的梳光譜儀。什么和什么比傳統藝術的的鈦輝石整體更簡潔的，也還能更好的地調節高頻泵浦的強度的起伏較大，不支持更低躁音、極高馬力，同時與電信光纖寬帶皮秒機光器對比多個率突出更是簡潔的。

1. GHz雙梳激光器

雙梳二氧化碳機光器的的布置如下圖圖示1(a)圖示。線形共焦二氧化碳機光腔與片式雙三三三棱鏡（179°頂角）的空間復接工藝，所產生在有源pcb板（增益值結晶體和SESAM）上的分離處理亮斑，以此擴大串擾。請要留意，現場的腔復接工藝是關鍵在于不對稱性而在徑直方積極保證 的，但關鍵在于十分簡單無誤，在圖1(a)中以質量導向顯現。在高折射（HR）鋁層雙三三三棱鏡上，激光機器束隔斷為1.6毫米左右，根據雙三三三棱鏡的豎向直線運動能夠多次轉換去重復率差在[-175，175] kHz比率內。雙梳二氧化碳機光腔的工藝詳情在方式局部中描寫。

 

圖1：圖示圖：（a）由于環境多路復用技術的雙菱鏡共焦腔固定SESAM模更改GHz雙梳智能機械器，（b）能夠非偏振分束器立米體的這兩個梳的相干重合閃避的干擾（c）適用于THz日子域光譜儀定量分析學的設有，其中的采用了高人權環境微電子導同軸電纜做THz帶來和在線檢測（d）在乙炔（C2H2）氣物辦公室做的雙梳光譜儀定量分析學定量分析。

1.1. 激光輸出表現

2個光梳顯視出一同自通電和添富藍籌的鎖模運轉，其均衡轉換電率條件為每臺簪子80毫瓦至110毫瓦，受可以泵浦電率被限。2個光梳含有近乎一模一樣的光電器件材料性。電率線條是非線性的，激光束在很高電率運作點時達成了23%的光電器件材料圖片轉換工作效率(參照圖2(a)，隨著時期的推移腔內電率的上升，激光電脈沖快速時期減少的潮流遵循孤子進行的預計逆此例有規律（參照圖2(a)）。在很高電率運作點，激光電脈沖的快速時期為77 fs，用三次諧波自相關自動測量能夠（參照圖2(d)），在光譜分析上的半高全寬為16 nm（參照圖2(b)），重心光波波長差別為1058 nm（comb 1）和1057 nm（comb 2）。自己關察到2個梳的無雜波微波射頻（RF）頻譜，在有一個反復規律約為1.1796 GHz的頻點上（圖2(c)）。反復率差你不在里被

設置為Δf_rep = 21.7 kHz。

  圖2：雙梳繳光器讀取基本特征的定性分析，幾個梳并且使用：(a) 峰值讀取公率和智能信號激光快速性事件隨泵浦電流量的變化無常。簡略的鎖模診斷儀結局體現在(b)-(d)，用到后期的的自動預估。(b) 光譜圖。(c) 在多次工作頻率差為21.7 kHz時，各個梳的頻射頻譜。(d) 采用第二次諧波自有關系自動預估的智能信號激光快速性事件。智能信號激光快速性事件τFWHM是采用反卷積才能得到的，猜測為sech2智能信號激光形狀圖片大全（虛線相當于于sech2擬合曲線）。

1.2.  雙光梳激光器的噪聲表現

你們對離子束的相較而言力度的噪音源（RIN）和自動運動完成了設計手段。有關的這在線測量的詳盡的信息在多補文件中已給出。一方面，你們講解了每一家分開梳的RIN。在自由自在操作條件下，5個光梳的RMS力度的噪音源均為<0.01%，右圖3（a，c）如圖。這個，RMS力度的噪音源從集分相較而言力度的噪音源（RIN）的電機熱效率譜密度計算（PSD）（集分空間[10 Hz，10 MHz]）中贏得的。使用反饋建議控制回路對泵浦電機熱效率完成主動性可靠的，能否贏得更低的RIN。在泵浦可靠的條件下（達成小事見手段），你們在敢達100 kHz的頻繁空間內贏得了15 dB的RIN抑制作用，因此使集分RMS力度的噪音源（圖3（a,c））調低半個倍，近乎你們這段時期行業報告的多模泵浦80 MHz離子束器[43]的3.1 x 10-5[1 Hz, 1 MHz]的特低值。只要的RIN關卡有效于泵浦發現設計，如皮秒高周波和時期域熱全反射講解[45]。

圖3(b,d)顯示了很多頻梳的相位嘈音。在2 kHz到100 kHz的幀率標準內，時序運動額定功率譜體積（PSD）相對應的可靠性地隨幀率下跌。當軟件應用泵浦上報時，該頻段嘈音均可以抑制約10 dB，這認為該頻段的嘈音相對應的于泵浦的RIN。在泵浦RIN可靠和人權啟動現狀下，積分精力運動依次為2.4 fs和6.4 fs（積分標準[2 kHz，1 MHz]）。在不低于2 kHz的較低幀率下，運動不需要由RIN主要，還是由自動化機械嘈音源促使的，這貼合他們的非調優光學玻璃板建立的腔體估計。

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，雖說回訪高調控了1個梳齒的跳動，但泵浦回訪并不會有更顯改變了不有關的嗓聲。而言積分規則范圍圖[2 kHz，1 MHz]，雙梳激光行業手術器的倆種操作使用形式 都行成少于1 fs的不有關的時序跳動。泵浦RIN比較穩定無法應響不有關的嗓聲的將會解讀是存在著非對應點嗓聲分享，譬如出自泵浦的非佳偏振消光比。雖說既然如此，中有和不中有泵浦回訪的嗓聲情況而言論文第2和第4節中研討的采用演示軟件就已夠了低。由于，為了讓簡潔明了無誤，人們之后續檢測的海軍中將激光行業手術器設計為自在程序運行形式 。

 

圖3：（a）只有運轉的雙梳激光束器器在泵浦構造增強性和非增強性具體情況下的相對來說構造燥音（RIN）性狀（詳情補點村料），以其RIN的RMS積份值（c）。的兩個人頭梳同樣以激光束器器的最多工作輸出工作瓦數約為110 mW/頭梳的工作瓦數運轉。（b）合適的時序會抖（TJ）性狀：偏側工作瓦數譜高導熱系數（PSD）和積份時序會抖量（d）由參考價值使用論文資料[46]量測的兩個人簡單光梳和不有關于燥音的偏側工作瓦數譜高導熱系數（PSD）和積份時序會抖量（d），量測技術見參考價值使用論文資料[46]。

2. 紅外乙炔時間域光譜

特征提取其非常低背景噪聲功能，放任自動運行的雙頻激光束器機器器可會用到雙頻激光束器機器光譜圖儀（DCS）。顯然，由時序和任何跌漲的作用，三個激光束器機器梳期間的混頻拍在干擾圖片上生成時不了會開展相干最低值，需用在使用相位校零小程序。一些相位校零的會性可使用監測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。致使變化總是地被植物定性在左右，由于可能在時候上制定準確無誤地拉開相位

[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。

為了讓判斷該燈光適合于類式 DCS 的相位皮膚敏感運用，公司展示英文了乙炔在 1040 納米技術附進的轉動或者單方向轉動激振帶的光譜圖。該設有右圖1(d)如圖所示：這其中某個輸出的光梳根據某個填有乙炔（1 bar，溫度.）的 20 分米長符合有害氣體池。將該光與第二步個光梳在集中的 YAG 對話窗口上用約 70° 的入射視角下做好 S 偏振的合為，團體后的表層設置每隔專門的光梳原始密度約為 40%，直接逃避在檢查測量路線中導致一些諧振腔調節作用或脈沖造成的反復。產自團體表層設置的光被衰減并做好光纖寬帶交叉耦合，第三在便捷光學穩壓管（Thorlabs，DET08CFC）上檢查測量倆個光梳的拍頻數字信號，該光學穩壓管出于其曲線死機行政區域。

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有效差分的時候形成，并放縮時候軸。放縮的版本中的點表現一個涉及圖。（b）在積分兌換時候為0.8秒的自由自在使用GHz單腔雙頻智能機械手術器努力上進行的乙炔雙腔光譜分析圖分析衡量（DCS）。請目光，來自于乙炔的揮發特殊性僅與智能機械手術器的光學材料光譜分析圖分析遠翼交疊，中心局光波波長為1057 nm。著力1041 nm的揮發線的放縮展示了DCS衡量的光譜分析圖分析判別率，在這當中一個點分屬于頻繁距離為frep= 1.179 GHz或約4.3 pm的獨立磁學腔線。

3.ETS技術應用中的精力環境噪聲與自自我調節監測

在等效時光取樣測定中，基本會采用促發4g信號燈以盡量不要在較長時光大小上掌握時序運動。zui小化此項時序運動極其重要性，而且它會在平衡歷程中發虛時光軸，往往調低4g信號燈程度和頻譜辯認率。沒有你里，讓企業采用雙腔涉及圖（IGM）來間隔定位和較正優質加載二氧化碳激光束行業器的時序漂移。如上上述，IGM是能夠 的2個二氧化碳激光束行業腔中間的拍頻會產生的（見圖1（b））。當我的2個二氧化碳激光束行業腔的脈寬在時光上重復時，也會出來IGM峰。要為確實以上峰的要定期，讓企業采用希爾伯特轉換的大幅度抽取IGM包絡，以后能夠 參與二階矩折算來折算時光峰方位。很多到的IGM峰時光能夠 在等效時光取樣測定的大環境下表示為時刻推遲為零。能夠 沒有你些峰中間直線插值，讓企業能夠 在測定哺乳期間的很多時光拿的2個脈寬列中間的光時刻推遲。

依據事件IGM峰互相的時間段段起伏較大（相關聯于時間段是運動），是就可以定性分析所換取的光延緩軸的正確性性。也許是就可以依據IGM峰換取此運動（這也是.我適用于自應用采樣系統的THz-TDS測定其實質就的方式 ），但依據[46]的方式 換取PN-PSD的相位嘈音工率譜黏度是就可以換取大多有關于皮秒激光器時間段段特征的相關信息，如圖已知3(b)提示。

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. 太赫茲時域光譜分析學

在太赫茲進行實驗中，自己將兩根梳的光簡單教育引導到兩根自由權地方光學導定向天線上（圖1(c)）。在導彈發射器電子器件的有源區域內內，一款 機光輸入電激光脈沖會會導致一款 一部分帶電粒子云，該帶電粒子云在兩根探針之中的502um開距中受到了偏置電場線（40 kV/cm）的加快速度，為了會導致輸入電激光脈沖太赫茲電磁干擾。所的使用的摻鐵InGaAs原材料平臺網站的超快獲取時間表明太赫茲輸入電激光脈沖的頻繁 超范圍達>6 THz [49]。

在THz檢測中，我門將5個梳的自然光同時照曬到5個什么是自由三維空間光電技術導wifi天線上（圖1(c)）。在使用器元器件封裝的的活動空間內，沒個激光手術激光脈寬激光會轉換成有一個邊緣帶電粒子云，經由偏置電場線（40 kV/cm）在兩電級兩者的50 µm空閑的時間內加速并會引發激光脈寬激光THz影響。鐵參雜InGaAs板材系統的超快捕獲的時間更加會引發具有著高達模型>6 THz工作頻率主要內容的短THz激光脈寬激光變成 或者[49]。

產生的THz輻射危害實現二只硅球透鏡（可以直接重新安裝在光電子導全向wifi天線上）和金屬件背離軸拋物面鏡實施聚交相結合新聚交到受到器器材上。在受到器器材中，第二步個梳的光單脈沖造成的作門使用于光電子子采集THz波。更具有體地說，各個光單脈沖造成的在10 µm的全向wifi天線間距中產生的電荷量云，被THz波的電場強度加速器，最后在nA-µA空間內激發小電壓，被更改特性阻抗放小并檢查在示波器上。

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.研討THz-TDS在測量中的技術性標準

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電磁條件反射和高精密度較體積尺寸校正

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。

另外，自洽曲線擬合的結果近乎還沒得不確實性，查證了還沒得藍瑪瑙觀察窗口的原創THz期限追蹤中在約600 ps光延遲時間處的偽影源于于THz波形圖在THz輕松自由區域根目錄上的接受到器和發送器電子器件上的反射面。

 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：檢測的2mm的C裁割藍黃寶石觀察機會的物理性板材的厚度和分組突顯出歲月率。觀察機會相對比較于紅外干預圖和氣體寬度的水波紋散射能可以提供了THz波型的光延長事件（見示幼兒小班教案）。強散射在不同光延長事件掃視的事件追綜中看不清楚可以說，該掃視的最新率有1 kHz（a）。在（b）和（c）大拇指示的延長事件τ1到τ6的值在表1中能可以提供。請重視，就延長事件使用范圍圖600ps到750ps，（c）中的的警報軸通過了基數尺變遷，以加強僅在平均值后才與燥聲的警報糞便除了的特定的警報的可以說性。就幾乎所有追綜，已應用數字式帶通濾波器，將的警報影響在[50 GHz，3 THz]的THz頻帶寬度使用范圍圖內。

研討會

咱們表現英文了以GHz相同幀率泵浦的的空間多路復接單腔雙光梳離子束器，其受過的空間單模整流二極管的團隊激勵。共焦聚腔設計制作與在反射層手機配置下操作的的雙三棱鏡能相同幀率之間的關系局限于可手動調節，達成±175 kHz，電磁持續的時間的時間為77 fs，每次光梳離子束器的均值工率為110 mW。非常低嘈音穩定性能讓運算產品定位自由自在電腦運行的離子束器梳齒線輸出精度變成了也許，這反出來又能讓攜手均值雙光梳光譜儀分析學極具將近1 GHz的譜分別率。咱們進行對乙炔廢氣池的原感性光譜儀分析學實驗報告表現英文了以下功用，會在1040 nm四周圍應對其它拖動產生振動消化吸收功能，與HITRAN的推測共同。

除外，公司立即應用領域雙光梳脈沖造成的光器的輸出實行極有效率的時域THz實踐，測探條件自然空氣的光譜圖表現，昨天3 THz的頻次，并在藍晶石觀察窗口上實行明確的層高度預估。THz實踐從全0.85 ns網絡延時復印的多kHz的更新速率單位中受惠。公司的報告呈現，采取1550 nm的方法設計的區的摻鐵InGaAs基光電科技外置天線能能順利通過GHz重頻的1050 nm脈沖造成的光win7驅動提升zui先jin的數據比構造。公司擁有的55 dB各式各樣規模能能良好 地講解為THz數據比構造（與兆赫級1550 nm脈沖造成的光器的參考價值預估有點）、長網絡延時復印規模（0.85 ns）和電商擴大器的嘈音。除外，與在約100 MHz相似頻次下運轉的以往系統的對比，GHz相似頻次增漲低的脈沖造成的能源容許越來越高的均衡輸出馬力運轉。因，要思考到相似頻次可映射性提升10 GHz [32]和用到輸出馬力可映射的Yb夾雜增益控制媒介[44]，公司平均這些高的性能THz-TDS實踐的低比較復雜度單腔固態硬盤安裝雙梳脈沖造成的光軟件，有點是在要思考到相似頻次可映射性的具體情況下，就會有差異性的益處。

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