Phát hiện vật liệu với THz-TDS

Giới thiệu và ứng dụng

Công nghệ phổ thời gian terahertz (THz-TDS) là một kỹ thuật được sử dụng để mô tả vật liệu và phân tích các đặc tính của nó trong dải tần terahertz. Dải tần số này đặc biệt được quan tâm vì nhiều vật liệu liên quan đến công nghiệp mờ và/hoặc có đặc điểm quang phổ rõ ràng cho phép chúng được xác định. Công nghệ quang phổ miền thời gian terahertz hoạt động bằng cách phát ra các xung ngắn của bức xạ terahertz và đo thời gian cần thiết để các xung đi qua mẫu và quay trở lại. Thông tin có giá trị về thành phần, cấu trúc và sự thay đổi động lực của mẫu có thể thu được bằng cách phân tích các đặc tính của xung trả về.

Trong ngành công nghiệp ô tô, công nghệ phổ thời gian terahertz được sử dụng để đo độ dày sơn xe không tiếp xúc. Các phép đo này rất quan trọng để đảm bảo kiểm soát chất lượng cũng như phát hiện các vấn đề tiềm ẩn như lớp phủ không đồng đều, không đồng đều và phân lớp. Tương tự, công nghệ phổ thời gian terahertz có thể được sử dụng để kiểm tra các lớp phủ chức năng trên máy bay, chẳng hạn như lớp phủ chống ăn mòn hoặc lớp phủ chướng ngại vật nhiệt. Nhưng nó cũng hữu ích trong các lĩnh vực khác: nó có thể được sử dụng để nghiên cứu các đặc tính quang học và điện tử của các vật liệu khác nhau, bao gồm chất bán dẫn, polymer, gốm sứ và vật liệu composite. Nó giúp xác định chỉ số khúc xạ, độ dẫn và các thông số quan trọng khác của các vật liệu này.

Thách thức chính

Một trong những thách thức chính để đạt được một hệ thống phổ thời gian terahertz hiệu suất cao (THz-TDS) là quét độ trễ quang học. Theo truyền thống, mọi người sử dụng bàn trì hoãn cơ học, nhưng chúng thường đòi hỏi sự cân bằng giữa tốc độ quét và phạm vi quét. Làm cho những bàn cơ khí này di chuyển nhanh chóng trên một khoảng cách dài là một thách thức lớn.

Các ứng dụng phổ thời gian terahertz thường liên quan đến việc phát hiện các hệ thống quang học dày, trong đó có sự chậm trễ quang học lớn giữa ánh sáng phản xạ. Trong các trường hợp khác, cần có đủ độ phân giải phổ để phân biệt các đặc điểm phổ mong muốn. Quét độ trễ quang học nhanh đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng cả hai nhu cầu.

Với tính năng quét độ trễ quang học nhanh, hệ thống quang phổ miền thời gian terahertz có thể được áp dụng cho các ứng dụng quét điểm nhanh cũng như các nhà máy cần phát hiện diện tích bề mặt lớn trong thời gian ngắn. Trong những tình huống này, quét chậm quang học cơ học thường gặp khó khăn trong việc đạt được hiệu suất thông lượng cao.

Lợi thế của chúng tôi

Laser Single Cavity Double Comb cung cấp một giải pháp hấp dẫn cho việc quét độ trễ quang học nhanh và chính xác, loại bỏ những hạn chế của mức độ trễ cơ học. Hiệu suất và tính linh hoạt của hệ thống THz-TDS có thể được cải thiện đáng kể bằng cách sử dụng laser K2.

Một minh họa về các thông số quét độ trễ quang học trong hệ thống THz-TDS được cung cấp bởi laser một khoang, hai lược. Việc quét độ trễ quang học có độ dài 1/frep được lặp lại mỗi 1/Δfrep, được đưa ra bởi Δfrep không hài hòa của hai tần số lặp lại lược.

Việc triệt tiêu tiếng ồn phổ biến trong laser một khoang, hai lược đảm bảo độ chính xác vượt quá 10 femto giây trên dòng thời gian. Điều khiển chính xác độ trễ xung này cho phép xác định chính xác phổ độ phân giải cao và các đặc tính vật liệu. Tốc độ lặp lại gigahertz của laser K2 cho phép quét độ trễ quang học ở mức nano giây. Điều này rất phù hợp với các ứng dụng có nhu cầu quét độ trễ dài. Nhưng nó tránh lãng phí thời gian đo ở những khu vực không có tín hiệu, như trường hợp điển hình của hệ thống laser kép có tỷ lệ lặp lại thấp.

Ngoài ra, các đặc tính xung ngắn (<100fs) của laser lược kép một khoang góp phần vào vùng phủ sóng phổ rộng của THz-TDS. Lược tần số được tạo ra bởi laser K2 có thể được chuyển đổi thành xung THz băng thông rộng với sự trợ giúp của ăng-ten dẫn quang hiệu quả cao (PCA), cung cấp thông tin quang phổ chi tiết trong băng thông rộng. Khả năng đặc tính toàn diện này ở tần số THz cho phép xác định các đặc điểm phân tử và cấu trúc cụ thể của vật liệu.

Ưu điểm của K2 Photonics để phát hiện vật liệu

• Tốc độ quét nhanh

Laser K2-1000 có thể được sử dụng để quét phạm vi độ trễ quang học đáng kể 1 ns ở tốc độ trên 10 kHz.

• Độ chính xác cao

Cấu trúc khoang đơn và ức chế tiếng ồn chung đảm bảo độ chính xác femto giây trên dòng thời gian trong suốt quá trình quét trễ quang học.

• Kích thước nhỏ

Không cần dây trễ cơ học, việc thực hiện cài đặt THz-TDS hiệu suất cao được đơn giản hóa đáng kể.

• Độ nhạy cao

Laser Single Cavity Double Comb cung cấp khả năng quét độ trễ quang học trong phạm vi độ trễ dài, lý tưởng cho các phép đo độ phân giải cao hoặc kiểm tra các mẫu dày và phức tạp.