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THz 波领域的探索始于 1971 年，随着皮秒（picosecond，ps）和亚皮秒脉冲激光器的出现，美国加利福尼亚大学伯克利分校的沈元壤教授团队使用脉冲宽度约为 5 ps、脉冲能量约为 20 mJ 的锁模钕玻璃激光器射出皮秒激光脉冲，脉冲经30 cm（直径）的透镜聚焦泵浦铌酸锂晶片，首次成功生成THz波（即文献[1]中所指远红外辐射）。他们研究了不同晶体取向对THz波产生的影响，晶体的不同取向分别对应零频率和有限频率的相位匹配。探测时，使用聚酯薄膜分束器将远红外脉冲分为两束，一束用于迈克耳孙干涉仪或法布里-珀罗干涉仪进行光谱分析，另一束用于归一化光谱强度。该工作发表于 Applied Physics Letters 期刊。这一突破性工作不仅标志着THz波的首次产生实验成功，更为后续半导体THz波领域的研究奠定了基础。
1972年，美国马里兰大学的Jayaraman教授和Lee教授 [2] 在通过光电导效应研究GaAs单晶中的双光子吸收时发现，当分别利用纳秒（nanosecond，ns）激光脉冲和锁模皮秒激光脉冲触发GaAs时，纳秒激光脉冲触发的GaAs单晶响应是稳态的，而皮秒激光脉冲触发的GaAs单晶响应却是瞬态的，首次揭示了GaAs对光触发的响应时间在皮秒量级，使得用皮秒激光脉冲触发研究半导体内的超快弛豫过程和输运成为可能。
1981 年，Mourou 教授（2018 年凭借啁啾脉冲放大技术获诺贝尔物理学奖）等人的工作进一步推动了对光激励下半导体产生THz波的研究 [3] 。Mourou教授采用皮秒激光脉冲照射外加偏置电压的GaAs样品，在微波波导中成功探测到半高宽为50 ps、皮秒精度与激光脉冲同步的微波脉冲信号，该微波脉冲信号相较于之前的研究频率更高，已经属于THz频段，从而正式开启了对GaAs体系的THz波研究。这项工作被Mourou教授总结、概括为发明了一种微波发生器，如图1.1所示，通过将半绝缘掺铬GaAs置于同轴断开的波导结构中，并通过外加电压驱动，使GaAs光电导率发生改变，从而启动开关。该开关驱动X波段的同轴线进入过渡波导，最终产生射频发射。通过门控技术，实现了微波脉冲与激光脉冲的时间同步，从而实现了对产生的微波脉冲信号的时间分辨测量，为THz光电导天线的雏形奠定了基础。
图1.1 微波发生器示意
2013年，我们团队分别探讨了GaAs的氧化防护以及在不同入射角（0°～50°）下，不同厚度（5～21 nm）的粗糙Au薄膜覆盖的GaAs (100)表面产生的THz辐射。具体内容将在第4章展开介绍。