快速掃描之量取

我們所使用的光學延遲線(ODL)是以一個外界所提供的信號來 驅動，我們用來驅動的信號源為一信號產生器(function generator)。這 台光學延遲線的極限為 20 Hz 提供 150ps 的時間延遲(time delay)。我 們將信號從鎖相放大器(lock-in amplifier)的輸出端取出來，與光學延 遲線所輸出的位置函數一起接進數位擷取卡中。我們將由光學延遲線

所輸出的位置函數與從鎖相放大器所輸出的信號一起用數位擷取卡 紀錄下來。之後再用程式的方法加以平均。圖 4-2.a 是從數位擷取卡 所抓到的信號，粗線是從光學延遲線所傳回的位置函數，這是一個正 比於光學延遲的一個信號。我們可以看到這是一個 symmetry 為 5%

的三角波，我們做平均時擷取信號的起點便是這三角波的區域最小 值。而細線就是所讀到的 THz 信號。這個 waveform 是以鎖相放大器 時間常數 1ms，光學延遲線掃描頻率 4Hz 所掃出來的，每個 waveform 所取的點數是 1900 點。圖 4-2.b 是 圖 4-2.a 的 500 筆平均。雖然在圖 4-2.a 中我們看不出有信號的樣子，然而將其 500 筆平均之後，我們 便可看到其信號。如下圖所示為作快速掃描的步驟圖

將 THz 信號與 ODL 之位置 訊號同時量測並記錄下來。

量測結束後，呼叫處理函式

判別擷取信號起始點 ( ODL 位置函數之最小值 )

取出固定長度信號加至暫存 區，並將計數器加 1

判斷是否還有下個信號

將暫存區的資料全部除以累 加次數作平均，並將結果存 檔。

否 是

0 2000 4000 6000 8000 10000 -1500

-1000 -500 0 500 1000 1500

THz E-field(arb. unit)

points

ODL position function THz signal

圖 4-2.a 快速掃描擷取信號的一部份

0 500 1000 1500 2000

-1000 -500 0 500 1000 1500

THz E-field (arb. unit)

points

500 average

圖 4-2.b 其 500 筆數據的平均

4.4 Rescale :

由快速掃描所掃到的 THz waveform 其橫軸的單位為點數，而不 是時間。我們必須要將其轉換為空間上的長度，再將其轉為時間上的 延遲。我們所使用的方法是先將步進馬達停在某位置量一個 THz waveform，再將步進馬達移動到另一位置再量另一個 waveform，觀 察這兩張 waveform 其信號位移了多少距離，我們便可將點數換算成 距離，知道距離之後，我們便可將其轉換成時間延遲了。如下圖所示，

在圖 4-3.a 中，我們將步進馬達停在 –10.8mm 處，其尖峰值是在 1246 的位置。接著將步進馬達移至 –11.4mm 處，其尖峰值位置則移動至 675 的位置。我們可以將 600µm 換算成時間延遲，步進馬達移動 600µm，由於光來回一趟所走的距離是步進馬達移動距離的兩倍，故

實際造成的光學延遲為 2×600µm = 1200µm。將其轉換成時間延遲可 以得到 2*0.0006 / 3×10⁸ = 4×10^-12 sec = 4ps 。尖峰值位置由 1246 移至 675 共移動了 571 點，故可換算每一點的時間延遲為 4 / 571 = 0.007005ps。圖 4-3.b 為轉換好的快速掃描與步進馬達所掃的

waveform 之比較，我們可看到其幾乎完全重合，圖 4-3.c 為其傅氏轉 換，我們可以看到中心波長大約是落在 0.3 THz 附近，頻率分布約為 0 ~ 1.5THz。

0 500 1000 1500 2000 -800

-600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000

1200 675 1246

THz E-field (arb. unit)

points

position -10.8mm position -11.4mm

圖 4-3.a 於步進馬達位置 –10.8mm 與 -11.4mm 處所掃 waveform

-4 -2 0 2 4 6 8 10 12

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

THz E-field (normalized)

time delay (ps)

normalized and rescaled fastscan waveform normalized motor scan waveform

圖 4-3.b Rescale過後的fastscan與slowscaned waveform之比較

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0.00

0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14

amplitude (arb. unit)

frequency (THz)

frequency distribution

圖 4-3.c 其傅氏轉換