STFT Flat-Top THz Source

フラットトップが重要な理由 — 多くのテラヘルツ光源は 1 つの周波数でピークを作って両側に落ち込むため、測定はピークでは強く、それ以外ではノイズが多くなります。フラットトップは帯域全体にわたって使える強度を保ちます — 1 回のスキャン、均一な品質、偏った周波数がありません。

4 つの構成 — ポンプとプローブはそれぞれテラヘルツパルスとレーザーのいずれかを選べ、光学ベンチは 4 通りの組み合わせすべてを組み替えなしで実現できる配置になっています。この選択が何を観測できるかを決めます。レーザーはバンドギャップを越える電子に働きかけ、テラヘルツ電場はゆっくり動くもの — キャリア、フォノン、スピン、結合 — に働きかけます。

2 つの集光ステーション、どちらの向きでも — どの構成で測定する場合も、ビームは 2 つの焦点のいずれかで交差します。ステーション 1 はタイトな集光で、スポットが最も小さく電場が最も強く、0.14 mm です。ステーション 2 は試料用ステーションで、試料の周囲に余裕があり、0.26 mm です。

電場の測定方法 — 強いテラヘルツパルスがダイヤモンド結晶を瞬間的に歪ませ、生じた Kerr 回転の大きさから電場強度が直接得られます。パワーメータは使いません。この手法は別の光源における完全に独立した校正と照合され、両者は約 8 % 以内で一致しました。目安として、10 MV/cm は電子を原子に束縛している電場に匹敵します。パルスが物質を観測するだけでなく駆動できるのはこのためです。

電子が立ち上がる様子を見る — 2 つのパルス間の遅延を掃引すると、横軸が時計になります。導電性に転じる半導体では、電子が現れるにつれて信号が 90 % 以上低下し、その立ち上がりの幅は 1 ピコ秒未満です — スイッチングの余波だけでなく、スイッチングそのものを追えるだけの速さです。

内部を透視する — テラヘルツ光はプラスチック、紙、セラミックス、衣類を透過する一方、金属と水では止まります。このため、密封された包装、コーティング、複合材を、開封も損傷もせずに内部まで調べるのに有用です。STFT のフラットトップはここでも効きます — 帯域内のすべての周波数が使える信号強度で到達するため、特定の周波数から離れてもコントラストが崩れません。