THz 的偵測主要可用電光取樣 (E-O sampling)、 天線量測、以 及 bolometer 三種方式測量。其中電光取樣以及天線量測是量測電場 在時間上分布。一般的量測方法都是量某波段的能量，而這種方法則 是量測信號的電場強度在時間上的分佈。如圖 2-3 所示為一 THz waveform。由於我們得到的信號是一個電場強度對時間的 waveform 而不是只有一個強度值，故我們可以從其中得到許多其他的資訊，例 如特定頻率之振幅強度以及其相位資訊。
圖 2-3 掃到的 THz waveform
如圖 2-4 所示為系統架構之示意簡圖，入射脈衝雷射通過分光鏡 分為兩道光，一道稱為激發光束(pump beam)用來產生 THz 信號，另
0 2 4 6 8 10 12
-0.00004 -0.00002 0.00000 0.00002 0.00004 0.00006 0.00008
THz E-field (volt)
time delay (ps)
THz E-field
外一道稱為探測光束(probe beam)用來量測信號用。探測光束經過一 個用來調整光程差的光學延遲平移台(optical delay stage)再與由激發 光束所產生的信號一起打入偵測器中。由於我們所量測到的讀值正比 於探測光束強度以及 THz 電場強度的乘積，我們所量到的信號正比
於
∫
∞∞
−
− dt
t I t
E
THz( ) opt(τ
) ，Iopt(t) 為脈衝之波包(envelope)，所以只有當雷射脈衝與信號同時打入偵測器時，我們才可量到與雷射脈衝交互作用 的 THz 電場大小。我們可以調整光學延遲平移台的前後位置來控制 探測光束脈衝與信號的重疊位置，如此便可量到 THz 電場強度在時 域上的分布情況。
圖 2-4 系統架構示意簡圖
Optical delay stage
emitter
detector
電光取樣
電光取樣(E-O sampling)架構圖 如圖 2-5 所示，由電光晶體( E-O crystal ,如 ZnTe) 、 λ/4 plate 、以及一片偏極片(polarizer)所組成。當 THz 信號打在電光晶體(E-O crystal)上時，由於非線性效應的影響，
便會對其快軸及慢軸的折射率產生改變。當探測光束通過電光晶體 時，便會造成其垂直及水平方向有個相延遲。
圖 2-5 電光取樣架構示意圖 E-O crystal
λ/4 plate
polarizer
我們可以將 λ/4 plate 所造成的影響寫成以下形式
t
圖 2-6.a
cos2
ϕ
2與相位差的關係圖
圖 2-6.b
sin2
ϕ
2與相位差的關係圖
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
sin2ϕ/2
radian (π)
transmission
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
transmission
radian (π)
cos2ϕ/2
如圖 2-6.a、圖 2-6.b 所示，在 π/2 附近之 curve 幾乎呈現一線性特性，
圖 2-7 以 balanced detector 來取代偏極片之電光取樣架構圖
然而在實際量測上，我們是將最後面的 polarizer 換成一個 分光 鏡及平衡接收器(balanced detector)，如圖 2-7 所示。分光鏡將入射光 分為水平極化與垂直極化兩道光。由前面證明垂直方向所量到強度可 將其近似為
同理，我們可證明水平方向所量到強度可近似為 E-O crystal
beam splitter λ/4 plate
balance detector
2 ) 2 ( 1 )
(
ϕ
′ =I
0 +ϕ
′I
v平衡接收器的功用是將接收到的兩端信號相減，故我們可以得到
ϕ ϕ
ϕ
ϕ ′ ) = ( ′ ) − ( ′ ) =
0′
( I I I
I
v h這種量測方法的優點主要有兩個。第一是當垂直方向所量到的光 強度 I 受到 ETHz 強度影響變強，則水平方向所量到的光強度就會變 弱，兩者相減如此可以得到兩倍的信號強度。第二是從雷射來的雜訊 會被平衡接收器相減，故可有效降低從雷射來的雜訊。
光導天線偵測
使用光導天線來量測 THz 信號的方式乃量測由飛秒脈衝雷射以 及 THz 信號互相作用下所產生的電流。由於脈衝雷射所產生的暫態 導電性 σd 非即時消失，故我們在 tp時間時所量到的光電流 j 其實是
THz 信號與 σd 在 tp以後的褶合積分。[3]
∫
∞′ ′ − ′
=
tp rad d p
p
E t t t d t
t
j ( ) ( ) σ ( )
我們可以假設導電性 σd有以下形式：
2 ) 2 ( 1 )
(
ϕ
′ =I
0 −ϕ
′I
h 700V。ZnTe 晶體為 INGCRYS Laser systems Ltd. 所生產的，其長寬
if tp > t’
if tp ≤ t’
if tp > t’
if tp ≤ t’