一种空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统

本发明涉及光学检测分析，特别是涉及一种空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统。

背景技术：

1、太赫兹波谱在远红外与亚毫米波之间，是介于宏观电子学和微观光子学之间的频段，在电磁波频谱中占有独特地位具备辐射能量低、高信噪比、宽频带等特点，其光学性质在检测和分析应用中具有独特的优势。

2、泵浦探测技术是使用两个具有时间延迟的飞秒脉冲，分别对样品进行激发和探测，其中能量高、时间较前的作为泵浦光，能量较低、时间延后的作为探测光。泵浦光激发样品到达激发态，经过时间延迟的探测光随后到达，探测样品受到激发后随时间的演化。

3、光泵浦太赫兹探测技术(optp)是在泵浦探测技术的基础上发展出来的一种新兴的应用前景良好的超快载流子动力学研究技术。相比于泵浦探测技术，后者将用于探测的飞秒脉冲替换为太赫兹脉冲。由于太赫兹脉冲在透射半导体样品时，对半导体表面的载流子分布和变化以及半导体内部的声子相关的过程十分敏感，因此十分适合被用来探测半导体的载流子和声子的动力学演化。相比于常规的泵浦探测技术，光泵浦太赫兹探测技术对半导体中的载流子和声子信息更加敏感。光泵浦太赫兹探测技术能够观测到半导体材料中更丰富的动力学过程。

4、然而，当前的太赫兹探测技术，主要分为相干探测技术和非相干探测技术，其中相干探测技术的应用主要有电光采样、空气击穿相干探测、空气偏压相干探测、光电导天线等，相干探测能实现对太赫兹波的振幅和相位信息的探测，获得太赫兹脉冲的时域波形。但是现有的探测技术中往往要求探测脉冲宽度比待测脉冲宽度更窄。

5、鉴于此，急需发明一种无需探测脉冲比待测脉冲宽度更窄的太赫兹波形探测方法，实现对太赫兹待测脉冲时域波形的重构。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统，根据强飞秒激光探测脉冲与太赫兹待测脉冲在不同时间延迟下，由飞秒脉冲电离气相介质产生的电子，在太赫兹脉冲的驱动下产生的剩余电流不同，实现超时间分辨重构太赫兹待测脉冲时域波形，进而避免了传统中的要求探测脉冲比待测脉冲宽度更窄带来的限制。

2、本发明实施例提供了一种空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统包括：

3、飞秒激光发生模块，用于发射强飞秒激光探测脉冲电离气相介质；

4、太赫兹波发生模块，用于发射太赫兹待测脉冲驱动电子产生剩余电流；

5、控制模块，与所述飞秒激光发生模块连接，用于调整强飞秒激光探测脉冲和太赫兹待测脉冲之间的时间延迟；

6、电流检测模块，用于对空气电离后所产生的剩余电流进行检测；

7、获取模块，与所述电流检测模块电连接，用于记录不同时间延迟下的剩余电流，对太赫兹脉冲的时域波形进行重构；

8、显示模块，与所述获取模块电连接，用于对所述获取模块重构的太赫兹待测脉冲的时域波形进行展示。

9、进一步的，所述飞秒激光发生模块包括：

10、激光发射单元，用于发射强飞秒激光脉冲；

11、偏振单元，与所述激光发射单元连接，所述偏振单元用于对所述强飞秒激光探测脉冲的振动方向进行调整。

12、进一步的，所述偏振单元用于对所述强飞秒激光探测脉冲的偏振方向进行调整时，包括：

13、所述偏振单元用于调整所述强飞秒激光探测脉冲的偏振方向，利用半波片将水平方向偏振调整为竖直方向偏振，实现飞秒激光探测脉冲与太赫兹待测脉冲偏振方向相互垂直。

14、进一步的，所述控制模块用于改变强飞秒激光探测脉冲和太赫兹待测脉冲之间的时间延迟时，包括：

15、所述控制模块用于获取所述强飞秒激光探测脉冲与所述太赫兹待测脉冲之间的时间延迟τ、所述强飞秒激光探测脉冲的持续时间t1和所述太赫兹待测脉冲的持续时间t2，并根据所述强飞秒激光探测脉冲的持续时间t1和所述太赫兹待测脉冲的持续时间t2，对所述强飞秒激光探测脉冲与所述太赫兹待测脉冲之间的时间延迟τ进行调整。

16、进一步的，根据所述强飞秒激光探测脉冲的持续时间t1和所述太赫兹待测脉冲的持续时间t2，对所述强飞秒激光探测脉冲与所述太赫兹待测脉冲之间的时间延迟τ进行调整时，包括：

17、所述控制模块还用于预先设定所述太赫兹待测脉冲与所述强飞秒激光探测脉冲之间的时间延迟τ的调整范围t，t＝t1+t2；

18、所述控制模块还用于根据预设调整范围t，不断增加所述强飞秒激光探测脉冲与所述太赫兹待测脉冲之间的时间延迟τ；

19、当τ≤t时，所述电流检测模块每完成一次当前时间延迟下的剩余电流的测量，对所述时间延迟τ进行一次调整；

20、当τ>t时，停止对所述时间延迟τ进行调整；

21、当所述时间延迟τ结束调整时，所述控制模块可以实现太赫兹脉冲完整的扫过所述强飞秒激光脉冲，实现对所述强飞秒激光探测脉冲与所述太赫兹待测脉冲之间的时间延迟τ的调整。

22、本发明实施例一种空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统与现有技术相比，其有益效果在于：通过飞秒激光发生模块和太赫兹波发生模块，能够产生宽脉宽的强飞秒激光探测脉冲电离气相介质，产生窄脉宽的太赫兹待测脉冲驱动电子产生剩余电流，同时电流检测模块可以检测剩余电流。其次，控制模块的关键作用在于，改变飞秒激光脉冲和太赫兹脉冲之间的时间延迟，获取模块利用不同时间延迟下电流检测模块检测的剩余电流不同，实现对太赫兹脉冲时域波形的重构。最终，显示模块提供了一种直观的方式，以可视化的形式展示太赫兹脉冲的时域波形，使用户能够更清晰地理解和分析这些波形数据。这一创新的方法允许对太赫兹脉冲的时域波形进行准确而高分辨率的重构，而无需对探测脉冲宽度有过高的要求。从而使用户直接获得太赫兹脉冲的时域波形，有助于解决因探测脉冲宽度限制而导致的影响问题，为波形分析领域提供了一种强大的工具。

技术特征：

1.一种空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统，其特征在于，所述飞秒激光发生模块包括：

3.如权利要求2所述的空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统，其特征在于，所述偏振单元用于对所述强飞秒激光探测脉冲的偏振方向进行调整时，包括：

4.如权利要求1所述的空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统，其特征在于，所述控制模块用于改变强飞秒激光探测脉冲和太赫兹待测脉冲之间的时间延迟时，包括：

5.如权利要求4所述的空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统，其特征在于，根据所述强飞秒激光探测脉冲的持续时间t1和所述太赫兹待测脉冲的持续时间t2，对所述强飞秒激光探测脉冲与所述太赫兹待测脉冲之间的时间延迟τ进行调整时，包括：

技术总结
本发明涉及光学检测分析技术领域，公开了一种空气电离产生剩余电流的太赫兹波形探测系统，包括：飞秒激光发生模块，发射强飞秒激光脉冲电离气相介质；太赫兹波发生模块，发射太赫兹待测脉冲驱动电子产生剩余电流；控制模块，用于改变飞秒激光脉冲和太赫兹脉冲之间的时间延迟；电流检测模块，检测不同时间延迟下的剩余电流；获取模块，记录不同时间延迟下的剩余电流，对太赫兹脉冲的时域波形进行重构；显示模块，根据获取模块的重构结果，对太赫兹的时域波形进行展示。本发明通过检测剩余电流随探测脉冲和待测脉冲之间时间延迟的变化，实现对待测脉冲时域波形的重构，从而实现宽脉宽飞秒脉冲对窄脉宽太赫兹脉冲时域波形的探测。

技术研发人员：张逸竹,张家宁,曲秋红,陆俊臣,何明霞
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24