STFT Flat-Top THz Source

Perché il flat top conta — La maggior parte delle sorgenti terahertz si concentra su una sola frequenza e cala ai due lati, perciò una misura è forte al picco e rumorosa ovunque altrove. Un flat top mantiene un’intensità utilizzabile su tutta la banda — una sola scansione, qualità uniforme, nessun colore privilegiato.

Quattro configurazioni — Pompa e sonda possono essere ciascuna l’impulso terahertz o il laser, e il banco è disposto in modo che tutti e quattro gli abbinamenti siano raggiungibili senza rimontarlo. La scelta determina che cosa si misura. Il laser agisce sugli elettroni attraverso la banda proibita; il campo terahertz agisce su ciò che si muove lentamente — portatori, fononi, spin, legami.

Due stazioni di fuoco, in entrambi i sensi — Qualunque sia la configurazione utilizzata, i fasci si incontrano in uno dei due fuochi. La stazione 1 è il fuoco stretto, lo spot più piccolo e il campo più intenso, a 0.14 mm. La stazione 2 è la stazione del campione, con più spazio attorno al campione, a 0.26 mm.

Come si misura il campo — Un impulso terahertz intenso distorce brevemente un cristallo di diamante, e l’ampiezza della rotazione Kerr che ne risulta fornisce direttamente l’intensità del campo, senza alcun misuratore di potenza. Il metodo è stato confrontato con una calibrazione del tutto indipendente su un’altra sorgente e i due risultati concordano entro circa l’8 %. Per dare una scala, 10 MV/cm è paragonabile al campo che tiene gli elettroni legati agli atomi: per questo l’impulso può pilotare un materiale invece di limitarsi a sondarlo.

Osservare gli elettroni accendersi — Variando il ritardo tra i due impulsi, l’asse orizzontale diventa un orologio. In un semiconduttore che diventa conduttivo, il segnale cala di oltre il 90 % mentre compaiono gli elettroni, e il fronte è largo meno di un picosecondo — abbastanza veloce da seguire la commutazione stessa, non solo i suoi effetti successivi.

Vedere attraverso le cose — La luce terahertz attraversa plastica, carta, ceramica e tessuti, ma si ferma su metallo e acqua: per questo è utile per guardare dentro confezioni sigillate, rivestimenti e compositi senza aprirli né danneggiarli. Anche qui il flat top dell’STFT aiuta — ogni frequenza della banda arriva con un segnale utilizzabile, perciò il contrasto non crolla allontanandosi da un solo colore privilegiato.