下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
1984年，Mourou教授与Meyer教授合作报道了一种基于泡克耳斯效应的新型光电采样系统 [4] 。该系统通过探测亚皮秒激光脉冲与未知电信号的相关性得到电脉冲波形，时间精度小于4 ps，对应带宽大于100 GHz，落入THz频段，电压灵敏度小于 50 μV。随后他们又对系统进行了改进，使得系统的时间精度小于 1 ps。但是这些设计都面临传输速度慢和信号失真等问题。
为了应对这一挑战，1984年，美国贝尔实验室的Auston教授等人提出了皮秒光电导THz偶极子天线的概念 [5] 。将两个光电导体分别放在厚度为1.15 mm的氧化铝两侧形成发射天线和探测天线。如图1.2所示，光电导体的活性区域位于铝电极中的一个10 μm的间隙中，亚皮秒激光脉冲聚焦于此处。激光脉冲是由被动锁模染料激光器产生的，能量约为50 pJ，脉冲宽度为100 fs，重复频率为100 MHz。在激发光电导体后，泵浦光脉冲与探测光脉冲可通过延迟线以控制相对距离，满足相干测量要求。在激发光电导体的电极上施加45 V的偏置电压，接收光电导体与一个低频放大器直接相连。当移动延迟线扫描时，低频放大器测量平均电流。两个光电导体的作用是向偶极子提供直流偏置电压和信号连接。
图1.2 皮秒光电导THz偶极子天线示意
实验结果显示，光电导材料的瞬态响应非常快，响应的半峰全宽为2.3 ps，远远优于传统电子自相关电路的响应速度。此外，研究人员还观察到了由电极横向共振产生的两个较小的二次脉冲，他们认为这不是由往返周期为23 ps的偶极子之间的多次反射引起的，可通过抑制激光反射和采用不对称几何结构来抑制这一脉冲的产生。该工作展示了GaAs材料及其光电导天线在超快电磁脉冲产生、传输和探测等方面的巨大潜力，这种方法避免了传输线结构的限制，得益于相干测量手段和开放的几何结构，该方法非常适用于材料的瞬变电磁测量，也为日后光电导天线THz发射器的发展奠定了基础。