太赫茲(THz, 1THz=1012Hz)頻段是指頻率從十分之幾到十幾太赫茲，介于毫米波與紅外光之間相當寬范圍的電磁輻射區域。 近年來, 超快激光技術的發展促進了 THz 脈沖產生和探測技術的發展，相關技術及其應用研究也得到蓬勃發展。由于物質的THz 光譜包含豐富的物理和化學信息，對物質結構的探索具有重要意義，同時THz輻射還具有瞬態性、寬帶性、相干性和光子能量低等特點，使得 THz 技術在基礎研究領域和工業生產及軍事應用領域有深遠研究價值和重要的應用前景。目前，THz技術在基礎領域的研究主要包括研究物質THz波段的光譜響應，對THz光譜進行理論解析, 探索凝聚態物質內部的聲子、偶極子動力學過程及其結構性質。在應用領域的研究則涵蓋了微電子學、光電子學、通信、天文學、化學、生物學、醫學、農學等及由此帶動的交叉研究, 如安全檢測, 特別是對炸 藥、毒品等相關材料的檢測研究已成為熱點。

THz波的產生分為連續波的THz產生和THz脈沖的 產 生。 產 生 連 續THz波 的 方 法 主 要 有４ 種：（1）通 過 FTIR（Fourier Transform Infrared Spectrometer） 使用熱輻射源產生， 如汞燈和SiC棒；（2）是通過非線性光混頻產生；（3）通過電子振蕩輻射產生，如反波管、耿式振蕩器及肖特基二極管產生；（4）通過氣體激光器、半導體激光器、自由電子激光器等THz激光器直接產生。目前產生THz脈沖常用的方法有光導天線法、光整流法、THz參量振蕩器法、空氣等離子體法等，其中空氣等離子體能產生相對較高強度的THz波而備受關注，此外，還可以用半導體表面產生THz波。

太赫茲光譜用短脈沖太赫茲輻照來探測材料的性質。樣品的輻射在MHz頻率范圍內檢測和調制。由一個或多個激光器驅動的光學系統產生可以用鎖相放大器測量和檢測的斬波的THz脈沖。HF2LI鎖相放大器用于太赫茲光譜儀器的連接圖如下圖一所示。

                                                          圖一 HF2LI鎖相放大器連接到THz光譜儀系統

電光取樣技術

電光取樣測量技術基于線性電光效應：當THz脈沖通過電光晶體時，會發生電光效應，從而影響探測（取樣） 脈沖在晶體中的傳播。 

當探測脈沖和THz脈沖同時通過電光晶體時，THz脈沖電場會導致晶體的折射率發生各向異性的改變，致使探測脈沖的偏振態發生變化。 調整探測脈沖和THz脈沖之間的時間延遲，檢測探測光在晶體中發生的偏振變化就可以得到THz脈沖電場的時域波形。

自由空間電光取樣THz探測原理如下圖二所示。 圖中的激光器為飛秒激光器，它所發出的飛秒激光脈沖經分束器之后，分為泵浦脈沖和探測脈沖。 泵浦脈沖用來激發THz發射極使其產生THz脈沖，然后該脈沖被離軸拋物面鏡準直聚焦，經半透鏡照射到電光晶體之上，由此改變電光晶體的折射率橢球。 當線偏振的探測脈沖在晶體內與THz光束共線傳播時，其相位會被調制。 由于電光晶體的折射率會被THz脈沖電場改變，所以探測光經過電光晶體時，其偏振狀態將會由線偏振轉變為橢圓偏振，再經偏振分束鏡（這里常用的是沃拉斯通（Wollaston） 棱鏡） 分為 ｓ 偏振和 ｐ偏振兩束，而這兩束光的光強差則正比于THz電場。 使用差分探測器可以將這兩束光的光強差轉換為電流差，從而探測到THz電場隨時間變化的時域光譜。 利用機械電動延遲線可以改變THz脈沖和探測脈沖的時間延遲，通過掃描這個時間延遲可得到THz電場的時域波形。 為了提高靈敏度和壓縮背景噪聲，可以采用機械斬波器來調制泵浦光，而后利用鎖相探測技術，即可獲得THz電場振幅和相位的信息。

                                                          圖二  電光探測技術的太赫茲光譜系統

時域太赫茲光譜技術

THz- TDS系統是基于相干探測技術的太赫 茲產生與探測系統, 能夠同時獲得太赫茲脈沖的振幅信息和相位信息, 通過對時間波形進行傅立葉變換, 能直接得到樣品的吸收系數和折射率、透射率等光學參數.太赫茲時域光譜有很高的探測信噪比和較寬的探測帶寬, 探測靈敏度很高, 可以廣泛應用于多種樣品的探測.
THz- TDS 系統可分為透射式、 反射式、 差分式、 橢偏式等, 其中Z常見的為透射式和反射式THz- TDS 系統.典型的 THz- TDS 系統如下圖三所示,它主要由飛秒激光器、 太赫茲輻射產生裝置及相應的探測裝置, 以及時間延遲控制系統和數據采集與信號處理系統組成.目前, 在 THz- TDS 技術中常用來產生太赫茲脈沖的方法主要有 3 種: 光導天線、半導體表面輻射和光整流, 而相應的探測方法也主要有 3 種: 熱輻射計、光導開關和電光取樣

                                                              圖三  時域太赫茲光譜系統