1-1 前言
兆赫輻射（Teraherz, THz Radiation；1 Terahertz=1012 Hz）位於微 波和紅外波段之間（約 0.1THz到 25THz之間）如圖 1-1 所示，過去 100 年 中 人 類 對 電 磁 波 有 相 當 大 的 了 解 與 應 用 ， 例 如 微 波
（Microwave）運用在通訊與軍事上的技術已非常成熟，x-ray在生物 醫學及材料分析的貢獻，γ-ray於天文物理的研究等，然而兆赫波段尚 屬於待開發的階段。許多決定材料特性的重要能階都在兆赫波段中
（1THz＝4.1meV），使這頻段附近的電磁波有極大的發展潛力。
圖 1-1：THz 在電磁波頻域的位置。
1-2 THz 發展
在傳統電磁學中，對於這個波段的電磁波並沒有深入研究，應用 也極貧乏，主要原因為欠缺良好穩定的 THz 波源及相關元件，所以 在電磁波頻譜中留下了一段空白，被稱之為電磁波譜的 THz 空隙。
1981 由G.Mourou利用Nd3+：YAG雷射激發光導開關產生一脈衝 寬度約50 皮秒的電磁脈衝波[1]，1989 由Grischkowsky等人更成功將 電 磁 波 脈 衝 推 往 0.5THz[2] ， 後 由 Auston 及 其 研 究 群 利 用 飛 秒
（femtosecond）脈衝雷射光，激發半導體光導偶極天線來產生THz 輻射脈衝，帶動一系列關於產生與偵測兆赫輻射的研究。如光導天線 [3]、半導體表面[4]、量子井結構[5]等兆赫輻射波源等。
兆赫波近年來運用在時間領域兆赫光譜分析、兆赫波成像（THz Image）[6]、生物醫學[7]、軍事通訊等研究都是相當熱門的課題，圖 1-2 為其應用示意圖[8]。
早期兆赫輻射波是利用光導天線接收器偵測[9]，1996 年張希成 教授利用電光晶體與電光調制技術來測量兆赫輻射波，稱之為自由空 間電光取樣技術（free space electric-optic sampling）[10]。與光導天線 接收器比較，可以偵測到更高的頻寬與訊雜比（SNR）。
圖1-2：兆赫輻射波應用示意圖。
1-3 論文目的與動機
THz時析頻譜（THz-TDS，Teraherz -Time Domain Spectroscopy）
－做為研究材料的有力工具，THz-TDS一般分穿透與反射兩種，前者 稱為THz時析穿透頻譜（TDTTS，Time-Domain THz-Transmission Spectroscopy ） [11] ， 後 者 簡 稱 為 THz 時 析 反 射 頻 譜 （ TDTRS ， Time-Domain THz-Reflection Spectroscopy）[12]，本實驗室所架設的 是THz時析穿透頻譜。THz-TDS藉由量測兩次THz輻射波在時域上之 波形，一次為經過待量測材料之THz輻射時域波形Esam(t)，另一次為
未經過此待量測材料之THz輻射時域波形Eref(t)，再分別經過傅立葉轉 換（Fourier Transform）後，將此兩道光的訊號相除即可得到材料的 複數折射率（index of refraction），再經由理論的運算，便可獲知此待 量測材料的物理性質如折射率、介電常數等。
在 THz-TDS 實驗中，穿透訊號的強度與後續數據處理有很大關 係，尤其是對兆赫波段電磁波有強烈吸收的材料，例如高溫超導體 YBCO[13]，因此我們需要一強度更強更穩定的兆赫輻射波源。即是 本論文要追求的目標。
1-4 論文架構
本論文共分成四個章節，第一章簡述兆赫波輻射的發展與應用，
並對本論文動機與目的作一說明，第二章簡介兆赫波輻射理論，分別 就光電導模式與光整流模式作討論，並簡介自由空間電光取樣技術原 理與實驗系統架構。第三章就實驗的方法與結果，分別分析討論改變 參數對 THz emitter 輻射效率之影響。改變的參數有外加偏壓、激發 光光點聚焦與位置、激發光能量、水氣吸收、溫度控制、激發光偏振 方向、大孔徑光導天線形狀、平行板電極間隙、激發光入射角等參數。
第四章作一總結並且對未來的工作提出願景。