圖1. 太赫茲時(shí)域光譜測(cè)量結(jié)構(gòu)圖

太赫茲時(shí)域光譜通過(guò)測(cè)量亞太赫茲至幾十太赫茲頻率范圍內(nèi)的復(fù)數(shù)響應(yīng)表征材料性質(zhì)。在此頻段內(nèi)，通常可以觀察到各種各樣的諧振現(xiàn)象，例如固體材料中的電子以及聲子激發(fā)。

為了得到材料的復(fù)數(shù)頻率響應(yīng)，通常會(huì)利用超短脈沖泵浦激光的非線性過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)特定頻率范圍的太赫茲脈沖。太赫茲脈沖會(huì)在樣品中透射以及被反射。隨后，太赫茲波通過(guò)基于非線性技術(shù)的電光采樣或者光電導(dǎo)天線利用超短探測(cè)脈沖進(jìn)行采集，這樣就能將太赫茲波的瞬時(shí)電場(chǎng)記錄下來(lái)。探測(cè)光與太赫茲脈沖之間的時(shí)延使得采集到的數(shù)據(jù)可以用來(lái)重構(gòu)完整的太赫茲波形中電磁場(chǎng)的幅度以及相位。與其他超快光學(xué)技術(shù)例如泵浦-探測(cè)光譜類似的是，其時(shí)間分辨率取決于探測(cè)光脈沖的寬度而并非光電探測(cè)器或者測(cè)量電路的帶寬。 這就意味著太赫茲時(shí)域光譜可以觀測(cè)到一個(gè)太赫茲脈沖周期內(nèi)的波形變化。

來(lái)自飛秒激光器的脈沖序列被分為兩束。其中能量較大的一束為泵浦脈沖;另一束作為探測(cè)光(探測(cè)脈沖)，其后經(jīng)過(guò)時(shí)間延遲系統(tǒng)作用于THz探測(cè)器。泵浦脈沖入射到THz發(fā)射器產(chǎn)生THz脈沖，而后透過(guò)樣品，與經(jīng)過(guò)時(shí)延系統(tǒng)的探測(cè)脈沖匯合后通過(guò)THz探測(cè)器，最后采用鎖相放大器來(lái)探測(cè)其微弱的電場(chǎng)變化。通過(guò)控制時(shí)間延遲系統(tǒng)調(diào)節(jié)泵浦脈沖和探測(cè)脈沖之間的時(shí)間延遲，掃描這個(gè)時(shí)間延遲就可以獲得 THz脈沖的時(shí)域波形。該波形經(jīng)傅里葉變換之后，就可得到被測(cè)樣品的頻譜，對(duì)比放置樣品前后頻譜的改變，就可獲得樣品的透射率、折射率、吸收系數(shù)、介電常數(shù)等光學(xué)參數(shù)。