節：增強 THz 輻射實驗

一道頻寬對應最短脈衝，進入 THz 系統後經過分光鏡、平面鏡、

聚焦物鏡等正色散光學元件後照射在天線上的脈衝會帶有正啾 (positive chirp)，脈衝寬度被拉寬。一般 THz 系統用上述的方法產生 THz 輻射，相對的，在天線上並非頻寬對應最短脈衝，若將光源先經 過脈衝型變系統疊加一負啾(negative chirp)消去天線前光學元件引起 的色散，使得在天線上的脈衝寬度變窄，預期應該可以增強THz 輻 射。本節將三種不同啁啾的脈衝分別打入THz 系統，研究光源對 THz 輻射強度的影響。圖4.1 為增強 THz 輻射實驗架構圖。

圖4.1 增強 THz 輻射實驗架構圖 脈衝型變系統產生三種不同啁啾的脈衝：

1. THz 天線前頻寬對應最短脈衝。

2. 進入 THz 系統前頻寬對應最短脈衝。

3. 以 THz 峰値訊號作回饋配合相位凍結法猜測出來使 THz 峰値訊號最強的脈衝。

將脈衝型變系統配合相位凍結演算法可以將脈衝壓縮到頻寬對 應最短脈衝，以進入系統前的脈衝二倍頻訊號當作回饋可以產生脈衝 2，此脈衝到達天線上會帶有色散；若將過程中的光學元件全部考慮 進去，以天線前的脈衝二倍頻訊號當作回饋可以產生脈衝1，在天線

接收等複雜的因素也考慮進去一並處理，產生脈衝3。

圖4.1 分別表示經由 THz TDS 系統量測到的訊號，峰值訊號由高 到低分別是脈衝3 ＞脈衝 2＞脈衝 1，以天線前的頻寬對應最短脈衝 為基準，明顯可以看出相位凍結演算法可以增益THz 峰值訊號 40%，

初步證明調制光源可以增益THz 訊號的可行性。

若是比較脈衝2 與脈衝 1 的訊號大小，一道帶有正啾的脈衝比起 頻寬對應最短脈衝產生更強的THz 訊號，過去的文獻顯示越短的脈 衝可以產生越強的訊號，且將脈衝全部視為頻寬對應最短脈衝，不考 慮啁啾引起的效應，實驗結果證明，在同樣的頻寬下，並非一道頻寬 對應最短脈衝產生最強的THz 訊號，此現象值得更深入研究。

圖4.3 是空間光調制器產生脈衝 1 的相位圖，顯示出各波長所疊 加的相位，圖4.4 是空間光調制器產生脈衝 3 的相位圖，圖 4.5 是相 位凍結法得到的相位減掉達到頻寬對應最短脈衝所需的相位，也就是 脈衝3 相位減去脈衝 1 的相位，用二階曲線逼近，在天線前，脈衝 3 帶有正啾。

脈衝 3 是項位凍結法得到的脈衝，實驗結果顯示，帶有正啾產 生最大的THz 訊號。而試圖利用脈衝變形器將天線前的色散全部消 去，消去正色散後，THz 訊號反而降低，由此可知，頻寬對應最短脈 衝並非最佳產生THz 的光源，相對的，些微的正啁啾將會產生最強

的THz 訊號，在下一節，我們更進一步定量的調制光源的啁啾量大 小，以求找出THz 訊號與啁啾的關係

6 9 12

0.00000 0.00003

THz E-field(a.u.)

time (ps)

case 1 transform limit before antenna case 2 transform limit before THz system case 3 THz feedback enhancement

圖4.1 三種脈衝所產生的 THz

0 1 2

case 1 transform limit before antenna case 2 transform limit before THz system case 3 THz feedback enhancement

power(a.u.)

frequency(THz)

圖 4.2 三種脈衝所產生的 THz 頻譜

760 780 800 820 840

0

760 780 800 820 840

0

780 790 800 810 820 830 840 -3

-2 -1 0 1 2 3