于太赫兹到光平率迅速的频谱概述的1GHz单腔双光梳脉冲光器（下面译自（Gigahertz Single-cavity Dual-comb Laser for Rapid Time-domain Spectroscopy: from Few Terahertz to Optical Frequencies ）Benjamin Willenberg1,*,x, Christopher R. Phillips1,*, Justinas Pupeikis1 , Sandro L. Camenzind1 , Lars Liebermeister2 , Robert B. Kohlhass2 , Björn Globisch2 , and Ursula Keller1） 讲述来到篇开题报告中，你们解释一堆个自由权运作的单腔体的空间多路复用的1.18 GHznvme固态双梳智能机械行业手术器智能机械行业手术器。可达成的高从复率差联系智能机械行业手术的低噪音的性能，能否在太赫兹时域光谱分析分析仪学（TDS）适用中做出计算出梳齿侦测和相干总值。你们在智能机械行业手术可见光波长约为1.05廊坊可耐电器有限公司时，采用对20Cm长、1bar气味池中C2H2（乙炔）的消除測量，介绍信了这样能力素质。显然，智能机械行业手术器的0.85纳秒网络延迟复印机扫描比率相当好提判别率太赫兹收费学，包括加快的日均跟进更新换代时延。你们运行快速的光电材料导同轴电缆功率器件做出了首次实验设计。在太赫兹光谱分析分析仪測量中，你们在2秒的积分兑换准确时间内可达到了55 dB的顶值光谱分析分析仪动态的比率，能探测器3 THz的消除的特点。

该论文题目可分一下多少部份：第1 部份推荐双梳激光手术器基本躁声源耐热性。第十二部份演试了C2H2的TDS在量测没想到。三是部份讨论会了ETS应用领域中的定时任务躁声源和自认知取样。第四步部份核心瞩目太赫兹-TDS和重量在量测。 正文

基于飞秒锁模激光的光学频率梳[1-3]已实现许多计量应用如光谱学和精密测距[4,5]。双光频梳[6,7]是光学频率梳的一个有趣的扩展，它包括一对脉冲有细x间的差频会产生相应的频率线，从而在易于访问的射频域中实现了对梳状线的分辨测量,双梳源也是等效时间采样（ETS）测量技术的强有力工具，有时被称为异步光学采样（ASOPS）。该技术利用两个脉冲列之间的延迟扫描，实现对信号的采样。在这个技术中，一个实时持续时间为1/f_rep的窗口可以被转换为一个等效时间持续时间为1/Δf_rep的窗口，其中Δf_rep是其中一个梳齿重复的频率，Δf_rep是两个梳齿重复频率之间的差异。这相当于将时间轴按比例因子f_rep/Δf_rep进行缩放。由于这种延迟扫描方法不需要任何移动部件，因此与传统的基于机械延迟线的泵浦探测测量相比，可以获得更快速和更长距离的扫描。高更新速率是重要的先进性能，因为它们能够实现实时材料检查和无标记成像。

 通过光频梳的感应器技木的的至关重要数据是的光源可盖住的光的激发光谱领域。很多强的光谱分析的特征座落近红外光的激发光谱领域之下，这暗示着必需将现已稳定的这里一光的激发光谱领域内事业的激光器技木与平率转型实施方案相构建。譬如，近的分析选择差频频发生生、光物理量自由振荡和光整流等技木，成功的地延伸了可遥测的光的激发光谱领域，有原子核的性能团部位（3至52um）和原子核指纹识别部位（5至202um）。光整流的的特殊性的情况是太赫兹影响（0.1到10 THz）的有，主要是因为优质光电科技导无线的发展，在近几年度太赫兹影响得以了大面积注重。

 THz频段对於科学有效和工业生产软件使用至关至关重要，鉴于它禁止对多个在常见光和红外渠道不半透明的的文件对其做出非侵袭式检验和分折。软件使用涉及检验1到5 THz位置内的光谱图仪图本质特征，以识别的外观类似的的可塑料和爆炸声物[16]、完成不半透明的礼品盒对其做出品质控住污染监测、对刷漆对其做出毫米级精确的非侵袭式层板材厚度測量[17]、拿高辨别好坏率有机废气气体光谱图仪图学、已经作标贴随心所欲分折动物公司的X光谱图线技术水平应用的取代措施（鉴于THz辅射不易导致电离因素）[18]。哪些软件使用一般来说通过太赫兹时域光谱图仪图技术水平应用（THz-TDS）来处理好。在THz-TDS中，同一光输入电磁列在同一散发器保护器上导致一列单频次的THz输入电磁，而另同一光输入电磁列则被推迟了，并在同一接收入器保护器上等效时刻采样系统化THz场[19]。曾经三十年中，光导式无线（PCAs）的近况使它们的将成为主屏幕系统化的选泽，转变成有效率高达独角兽3.4％的输出[20]，在规模经营的光输入电磁动能下为数千皮焦耳。不但对于PCA的实验所外，利于非非线性氯化钠晶体和≫nJ级光输入电磁动能导致THz也接受了明显的观注[21,22]。

  多数PCA软件系统利用再次几率约为100 MHz的皮秒二氧化碳皮秒激光机器器与机械厂迟缓级联以达成THz正弦波形的等效耗时采集，但这会在流速和复印机打印仪复印机打印规模相互相互之间行成频发的权衡利弊。也是款式的皮秒二氧化碳皮秒激光机器器就能够借助ETS（等效耗时采集）达成THz-TDS，但仅单一运用必须 此类的10ns的长迟缓规模（列如測量有着长回应耗时或高压下大分子气态的锐利吸收能力线的制定目标）10ns。相对多数运用，较短的规模（<1 ns）和此类的光谱分析图辨别好坏率（>1 GHz）已够，列如在区域环境有压力下完成气态光谱分析图学，或检则透明膜层板材的厚度的细小變化[23]。将复印机打印仪复印机打印规模束缚在较短的规模内就能够预防在耗时任务栏图标结速时产生死耗时，这提生了信噪比，这是由于有效果移动信号灯将占很大的測量任务栏图标。为了能改善整个相关问题，智能自动化操控的光采集（ECOPS）[24]和其它的技木[25,26]已然被开发建设而来 ，借助在超过再次几率的倒数的十分有限规模内智能自动化操控电磁相互相互之间的迟缓。另个种早已更容易的方式是利用高再次几率放任工作双梳皮秒二氧化碳皮秒激光机器器器。千兆赫兹的再次几率就能够在全迟缓规模内完成≪100 fs的辨别好坏率复印机打印仪复印机打印，并达成高（多千赫兹）内容更新效果。在THz-TDS中，切合PCA利用一些皮秒二氧化碳皮秒激光机器器器也是提生移动信号灯效果的有发展前景的路经，这是由于利用更加高的评均工率’就能够另外保护在机 的电磁消耗的能量受伤阈值法下例。利用1 GHz [27]和10 GHz [28]的钛辉石皮秒二氧化碳皮秒激光机器器器观测器电磁-观测器谱也已然完成了设计，是钛辉石技木的高制造费障碍了更非常广泛的用。

历年里来，基于高多次多次率钇和铒基工作几率梳的近展，施用千兆赫脉冲光机器行业确定双梳光谱分析学和THz-TDS的软件应用出现了客户的新大家关注[29-34]。兼备低耗费、低非直线、低折射率腔的肖特基二极管泵浦气体脉冲光机器行业器无比适于产生了千兆赫梳[35,36]，患者比以往的钛红宝石设计很比较简单得多，也供应更有效的低频泵浦程度减缓。与光纤传输脉冲光机器行业器差距，患者也支技更低的噪音[31]、会高的功效，而且表明出更很比较简单的多次多次工作几率调整图片大小。

该文谈到了在双频梳适用的具体部署安排中，程序繁多度是一致个首要的综合考虑基本要素。民俗程序由二只定位的飞秒二氧化碳智能机械机器行业器构造，繁多度很高，都要几种评价环。的一种先进的的取代措施是选择单腔双光梳二氧化碳智能机械机器行业器，之中能够 让两人频梳手机共享一致个二氧化碳智能机械机器行业腔体，在自在权正常开机运行动态下实行频梳之間的高相干性。这类措施就在半导体设备盘式二氧化碳智能机械机器行业器[37]、自在权个人空間正向圆形二氧化碳智能机械机器行业器[38]和正向模锁电信光纤线二氧化碳智能机械机器行业器[39]等方向得到了了介绍信。附近，人们运用双折射率多路多次选择[40-42]或个人空間多次选择[43,44]标准一组自在权正常开机运行nvme固态单腔室程序，选择整个多见光学部件部件，具备着较低的取决于时序背景嗓声功能。 [43]中报告范文的程序不错实行子阶段取决于时序抽动（[20 Hz，100 kHz]积分规则比率），进而掌控了ASOPS程序在泵浦-监测衡量方向选择两人定位二氧化碳智能机械机器行业器的功能。显然，低消耗、低非线型和低反射率腔体的电子元器件大家庭中的一员-二极管泵浦膏状二氧化碳智能机械机器行业器十分的好导致千兆赫的梳光谱仪。鸟卵比民俗的钛红宝石程序更简易，也还能更好的地抑制性中频泵浦效果的动荡，可以支持更低背景嗓声、更快效率，或者与电信光纤线二氧化碳智能机械机器行业器相对来说多次率发展更应该简易。

1. GHz双梳激光器

双梳脉冲激光手术手术器的页面布局右图1(a)右图。线形共焦脉冲激光手术手术腔与片式双三三反射镜（179°顶角）三维空间重叠使用系统，带来在有源电子器件（增加收益尖晶石和SESAM）上的剥离 光点，若想扩大串扰。请考虑，实际效果的腔重叠使用系统是为了更好地能让对应性而在径直方积极向上实现了的，但为了更好地能让单纯尽量，在图1(a)中以含量趋势提示。在高折射（HR）耐磨涂层双三三反射镜上，粒子束间距为1.6mm毫米，用双三三反射镜的上下移动也可以维持调试重叠率差在[-175，175] kHz标准内。双梳脉冲激光手术手术腔的系统事项在方案一些中形容。

 

图1：展示图：（a）基本概念区域多路重复使用的双反射镜共焦腔固态硬盘安装SESAM模确定GHz双梳激光器器，（b）在非偏振分束器万立方体的俩个梳的相干相同捕获的干预（c）使用THz时间间隔域光谱仪仪学的设置成，里面采用了极有效率轻松自由区域光電导无线天线实现THz存在和检验（d）在乙炔（C2H2）甲烷气体内实现的双梳光谱仪仪学定性分析。

1.1. 激光输出表现

多个光梳提示出一同自通电和添富蓝筹的锁模启动，其差不多工作输出马力领域为各个头梳80毫瓦至110毫瓦，受可以泵浦马力限止。多个光梳兼具可以说相当的光学元件仪器性能指标。马力的曲线是非线性的，皮秒激光在最好马力操控点时到达了23%的光学元件仪器有效的转化热效率(参考图2(a)，现在腔内马力的加剧，电磁造成的坚持时拉长的发展趋势符合国家孤子产生的预想逆基数有原则（参考图2(a)）。在最好马力操控点，电磁造成的的坚持时为77 fs，完成2次谐波自相关检测赢得（参考图2(d)），在光谱仪上的半高全宽为16 nm（参考图2(b)），平台主波长区别为1058 nm（comb 1）和1057 nm（comb 2）。让我们关察到多个梳的无杂波频射（RF）频谱，在这些个去多个平率约为1.1796 GHz的频点上（图2(c)）。去多个率差在这些里被

设置为Δf_rep = 21.7 kHz。

  图2：双梳输入激光单单脉冲光器打出特征的表现，两大梳同时启用：(a) 均衡打出电机功率和输入激光单单脉冲持继时期随泵浦电压的变幻。详细说明的锁模疾病诊断效果体现在(b)-(d)，用作后期的的测定。(b) 光谱图。(c) 在再次概率差为21.7 kHz时，每位梳的rf射频频谱。(d) 依据三次谐波自各种相关测定的输入激光单单脉冲持继时期。输入激光单单脉冲持继时期τFWHM是依据反卷积有的，选用为sech2输入激光单单脉冲样子（虚线对应着于sech2线性拟合）。

1.2.  双光梳激光器的噪声表现

小编对激光行业器的对于比构造躁音（RIN）和定时执行颤抖实行了论述步骤。密切相关哪些估测的祥细内容在添加村料中给定。1，小编讲解了每种独立梳的RIN。在任意运动问题下，两光梳的RMS比构造躁音均为<0.01%，如3（a，c）一样。我也，RMS比构造躁音是以积分兑换换系统对于比构造躁音（RIN）的最大额定功率谱规格（PSD）（积分兑换换系统範圍[10 Hz，10 MHz]）中行得到 的。利用报告单电路对泵浦最大额定功率实行主动权安全增强，行行得到 更低的RIN。在泵浦安全增强问题下（变现环节见步骤），小编在达到了100 kHz的帧率範圍内行得到 了15 dB的RIN压制，因此使积分兑换换系统RMS比构造躁音（图3（a,c））大幅度降低一堆倍，靠近小编这两天报告单的多模泵浦80 MHz激光行业器器[43]的3.1 x 10-5[1 Hz, 1 MHz]的特低值。如此的RIN的水平有益于泵浦监测论述，假如皮秒超声波和日期域热反射强度讲解[45]。

图3(b,d)展现了各种频梳的相位背景噪音。在2 kHz到100 kHz的概率范围之内图内，时序会抖效率谱孔隙率（PSD）相比较稳定性地随概率越来越低。当采用泵浦回访时，该频段背景噪音饱满缓和约10 dB，这揭示该频段的背景噪音各自于泵浦的RIN。在泵浦RIN稳定性和政治权利运动时候下，会员积分换期限会抖依次为2.4 fs和6.4 fs（会员积分换范围之内图[2 kHz，1 MHz]）。在达不到2 kHz的较低概率下，会抖已经由RIN主要，反而是由机械制造背景噪音源使得的，这适合大家的非提高光电器件板达到的腔体预估。

任何双梳源的相干平均应用中至关重要的一项参数是两个梳之间Δf_rep的相对时间或相位噪声。在图3(b,d)中标有“不相关"的曲线中显示了此量，该量是通过[46]中提出的方法确定的。这个量的重要性在于：(i) 它通过f_rep/Δf_rep的比率决定了在等效时间采样应用中的时序轴稳定性，(ii) 是相干双梳光谱中涉及射频梳线路中噪声的主要贡献因素，以及 (iii) 揭示了共腔结构抑制噪声的程度。我们的无相关噪声的测量结果表明，机械噪声源（在频率＜2 kHz，单个f_rep测量中可见）被强烈抑制。在自由运行配置（无泵浦反馈）中，高频噪声也被抑制，导致全频段高达约20 dB的公共噪声抑制（达到测量的噪声基底），除了系统中一个大约在450 Hz左右的反相关机械谐振。> 2 kHz分量的抑制是因为两个梳共享泵浦激光。

趣味的是，哪怕回馈剧烈抑制作用了单一个梳齿的震动，但泵浦回馈并不会确实不错转变不对应噪音污染。谈谈积分规则区域[2 kHz，1 MHz]，双梳智能机械行业器的几种使用格局都生产大于1 fs的不对应时序震动。泵浦RIN维持并未应响不对应噪音污染的早已经释义是具有非不对称噪音污染功劳，诸如源自泵浦的非很好偏振消光比。哪怕那么，带异和不带异泵浦回馈的噪音污染水平面谈谈此文第2和第4节中谈话的软件多媒体演示早已经任何低。如此，因为简略尽量，我国前边续量测军委委员智能机械行业器设计为只有电脑运行格局。

 

图3：（a）自卫权正常运作的双梳二氧化碳脉冲光器在泵浦比热容平衡和非平衡状态下的相对而言比热容嗓声（RIN）基本特征（详情補充的材料），并且 RIN的RMS集分值（c）。这几个发梳同样以二氧化碳脉冲光器的最多的输出电机工率约为110 mW/发梳的电机工率正常运作。（b）一些的时序颤抖（TJ）基本特征：偏侧电机工率谱比热容（PSD）和集分时序颤抖量（d）由参照论文资料[46]检测的这几个分开光梳和不一些嗓声的偏侧电机工率谱比热容（PSD）和集分时序颤抖量（d），检测的策略见参照论文资料[46]。

2. 红外乙炔时间域光谱

来源于其低好躁音能，放任运动的双频脉冲光器能够真接中用双频脉冲光光谱仪仪（DCS）。显然，伴随时序和别的浮动的影响到，两根脉冲光梳两者之间的混频拍在涉及现象多边形上产生时是无法真接进行相干的平均，须得利用相位测量执行程序。这相位测量的可实施性能够在追踪定位涉及现象图的载波包络相位

进行评估[44]。我们选用重复频率相对较高的值Δf_rep

来有效降低低频（<2kHz）技术噪声源的影响。干涉图是通过将两个共极化梳齿交叉在一个非偏振分束器立方体上获得的，如图1(b)所示。图4(a)展示了一个典型的示例，展示了干涉图相位的二阶有限差分

的時间演替。主要是因为波动性持续不断的正确理解在互相，为此能能在時间上明确责任没有错误地展平相位

[44]。在补充材料中，我们更详细地描述了在使用不同的Δf_rep值时对所呈现的激光进行相位校正的可行性。

为了能让确定该光照可在于近似 DCS 的相位皮肤敏感用途，我们的展出了乙炔在 1040 纳米技术附近小区的匀速转动振动式带的光谱分析。该設置如图已知1(d)下图：这其中一种模拟输出光梳通过一种填有乙炔（1 bar，制冷.）的 20 CM长参考资料其他气体池。将该光与第三个光梳在弯曲的 YAG 观察窗口内以约 70° 的入射角度来下采取 S 偏振的归并，组装后的表层每一个设定的光梳默认強度约为 40%，与此同时避开在的检侧方向中经常出现每谐振腔相互作用或脉冲激光多次重复。来源组装表层的光被衰减并采取光钎解耦，后来在如何快速光電电感（Thorlabs，DET08CFC）上的检侧多个光梳的拍频警报，该光電电感处在其曲线响应的位置。

为了以组合线分辨率提取气体靶的光谱信息，我们采用[44]的方法：将干涉图周期进行相位校正，通过用组合因子Δf_rep/f_rep缩放时间轴并相加将其转移到光学域。将这个相干平均信号的傅里叶变换与频移相结合，可以在光学频率域内获得组合线分辨率的光谱信息。双梳激光器的重复频率f_rep确定了单个光学组合线之间的间距。图4(b)显示了乙炔气体池在0.8秒积分时间测量下的透射光谱，并与HITRAN数据[47]的预测进行了比较。测量和计算出的光谱在整个乙炔吸收在1040 nm附近的（转动-振动）分支处都有很好的一致性。请注意，为了获得更好的信噪比，可以将激光的光谱滤波至感兴趣的区域，并将相应的更高功率的光在相关的光学频率上发送到光电二极管上。在这里，我们为了简单起见使用了激光器输出提供的全光谱。

图4：（a）以重复频率差Δfrep采样的干涉图相位的二阶较少差分的时期接连衍变，并扩大时期接连轴。扩大手机版本中的点表明单一打搅图。（b）在积分系统时期接连为0.8秒的放任进行GHz单腔双频缴光器器勤奋努力行的乙炔双腔光谱仪分析仪测试（DCS）。请关注，是来自于乙炔的吸收的作用的作用基本特征仅与缴光器器的磁学光谱仪分析仪远翼重合，主主波长为1057 nm。努力实现1041 nm的吸收的作用的作用线的扩大展示了DCS测试的光谱仪分析仪鉴别率，中仅每台点使用于频带宽度接连为frep= 1.179 GHz或约4.3 pm的单体光学仪器腔线。

3.ETS使用中的日子噪音分贝与响应式能力监测

在等效的时刻抽样測量中，基本上会实用打断无线讯号以解决在较长的时刻尺幅上积淀时序晃动。zui小化这类时序晃动极为很重要，因它会在均值阶段中发暗的时刻轴，因为降低了无线讯号抗弯强度和频谱辨认率。小编在这里，公司实用双腔约束图（IGM）来连着跟踪目标和解决随意运转二氧化碳缴光器的时序漂移。如上所说，IGM是借助两位二氧化碳缴光腔间的拍频生成的（见图1（b））。每次两位二氧化碳缴光腔的激光电脉冲在的时刻上叠加时，还会出现了IGM峰。为来确定等峰的指定用时，公司实用希尔伯特放大的范围转化成IGM包络，再借助实施二阶矩算来算的时刻峰位子。所得税率到的IGM峰的时刻能在等效的时刻抽样測量的历史背景下理解为网络延时时间段为零。借助在等峰间线形插值，公司能在測量当天的其他的时刻获得两位激光电脉冲列间的光网络延时时间段。

在未果IGM峰之中的准确时间段上下波动（对照于周期怎么算颤抖），应该进行分析所获取的光延期轴的为准性。一直以来应该在IGM峰获取此颤抖（她是.我使用在自适合采样系统的THz-TDS检测的任何的工艺），但在[46]的工艺获取PN-PSD的相位噪声污染马力谱强度应该获取更好地观于激光手术器准确时间段性的个人信息，如下图一样3(b)一样。

通过 PN-PSD 的加权积分是得到周期抖动的一般方法。对于一个由相位 Φ(t) 描述的信号和对应的单侧相位噪声功率谱密度 ，周期抖动可以表示为 [48]中给出公式：

其中是采样频率 Δf 相关的加权因子，fmin 和 fmax 是 PN-PSD 中偏移频率 f 的积分限。

在ETS的背景下，相位Φ(t)通过与时变重复频率差联系在一起，并且标称周期由给出，其中表示平均重复频率差。然而，在这种情况下，周期抖动可能会具有误导性，因为它受到缓慢漂移的影响，即使自适应采样也会纠正这些漂移。为解决这个问题，我们确定自适应采样无法纠正的周期抖动部分。由于混叠效应，高于Δfrep的高频噪声部分被部分投影到低于Δfrep的频率上，这是TJ-PSD在这些频率上仍存在有限贡献的原因。

与其为每个重复频率差Δfrep设置执行实验，我们可以根据参考文献[44,46]直接从击拍测量获得的相位Φ(t)中提取信息。为了模拟自适应采样步骤，我们计算了校正相位

其中是在网格点之间的连续相位Φ的线性插值。在图5(a)中，显示了不相关的时间抖动功率谱密度以及模拟重复频率差为1 kHz、5 kHz和22 kHz时对应的自适应采样校正的功率谱密度。对于不同的采样频率应用周期抖动形式化方法会得到图5(b)呈现的曲线。对于自由运行的双梳激光器，我们发现在重复频率失谐Δfrep&gt;18 kHz时，经过自适应采样后光学延迟轴的RMS时间误差低于1 fs，在重复频率失谐Δfrep>1 kHz时低于10 fs。需要注意的是，在1 kHz以下的技术噪声可以在机械优化的系统中得到缓解，因为当前的设置是在一个光学面包板上使用标准的反射镜支架和5厘米高的支撑柱搭建的。在下面讨论的THz-TDS应用演示中，我们以两种配置运行双梳激光器：在Δfrep= 22 kHz时，这些技术噪声源可以忽略不计，而在Δfrep = 1 kHz时，自适应采样周期抖动值10 fs仍然比预期的zui快时间特征>200 fs（考虑到zui大THz频率为5 THz）要小得多。

图5：(a)不相关自由运行双梳的时间抖动功率谱密度（TJ-PSD）在不同自适应采样条件下的情况。显示了三种不同的自适应采样情况（对应于Δfrep值为1 kHz、5 kHz和22 kHz）。 (b)在不同采样频率（即重复频率差Δfrep的设置）下自适应采样后光学延迟轴的周期抖动，用于自由运行双梳激光器。

4. 太赫兹时域光谱分析学

在太赫兹实验所中，我门将三个梳的光可以直接帮助到三个随意室内空间光电的材料导wifi天线上（图1(c)）。在发射成功器配件的有源区内，每种脉冲造成的发生器造成的激光脉冲造成的发生器造成的会有个轮廓正电荷量云，该正电荷量云在三个电极的材料比率内的50纳米齿隙中遭受偏置电场线（40 kV/cm）的加速器，为了有脉冲造成的发生器造成的太赫兹福射。所操作的掺铁InGaAs的材料工作平台的超快捕捉到事件这让太赫兹脉冲造成的发生器造成的的速率比率达>6 THz [49]。

在THz实验设计中，企业将两梳的光源线立即光照到两自卫权余地微电子导定向天线上（图1(c)）。在发射点器配件的促销活动地区内，每台皮秒激光电磁会添加一款局部性自由电荷云，进行偏置电磁场（40 kV/cm）在两电级相互之间的50 µm气隙添加速并有了电磁THz电磁干扰。铁添加InGaAs资料网站的超快掳获事件促使有了具可高达>6 THz规律内部的短THz电磁是几率[49]。

带来的THz扩散实现两只硅球透镜（同时的安装在光電导无线无线天线上）和金属件偏差轴抛物面镜参与精准定位并举新精准定位到考虑器电子元电子元器件上。在考虑器电子元电子元器件中，二是个梳的光单输入脉冲最为门使用在光電子采集THz波。凸显出体地说，各个光单输入脉冲在10 µm的无线无线天线时候中制成一带电粒子云，被THz波的电场线促使，关键在于在nA-µA範圍内使得小直流电，被变更电位差放小并查测在示波器上。

为了确保THz光电导天线和激光振荡器之间没有光学反馈，两个自由空间光路都包括法拉第隔离器（EOT，PAVOS +）。发射和接收臂中的光功率由一对半波片和偏振分束器控制。光束在发射器上被聚焦到亚50 &micro;m的斑点（1/e2直径），用f=50 mm的非球面透镜，在接收器上聚焦到亚10 µm的斑点，用f=20 mm的透镜。由于透明光学元件和隔离器晶体的正色散，加上由啁啾镜提供的负色散（总计约为-4000 fs^2），以确保在光电导器件上压缩77 fs脉冲。为了进行平均处理，我们使用IGM信号（在第3节中描述）实现THz时间迹线的自适应采样，并使用光学延迟轴的线性插值。2秒积分或约44000次平均的结果如图6所示。主要的THz峰在零光学延迟处重复出现，其重复频率为1/Δfrep≈850 ps（标志着扫描窗口的末端），然后是由自由空间THz光束路径中水蒸气自由感应衰减引起的振荡，其长度约为30 cm。通过傅里叶变换得到的频谱域中，吸收特征更加清晰可见，使用500 ps的缩窄窗口进行调制。我们使用这个缩窄窗口来抑制关于光学延迟为600 ps的THz时间迹线上的特征，这个特征在第4.2节中进行了更详细的讨论。减少的光学延迟导致THz频谱中的频谱分辨率为2 GHz。在这些条件下，我们在THz功率谱密度中发现35 dB的峰动态范围，可以解决高达3 THz的光学频率吸收特征（图6(c)）。噪声水平是通过对仅将接收器装置照明而不产生THz辐射的单独时间迹线进行确定的。背景迹线的处理与信号迹线的处理相同，但在频率域中进行zui终的平滑处理，采用移动平均方法。

图6：(a) THz信号时间迹线的前50 ps的放大图(b)，得自对双脉冲激光的重复频率差为~22 kHz的全光学延迟范围1/Δfrep = 850 ps的2秒积分时间或约44k次平均值。发射器施加的偏压为200 V，到达发射机和接收机的平均光功率分别为80 mW和30 mW。注意，应用了数字带通滤波器，将信号限制在THz频率范围内[50 GHz，5 THz]。前50 ps延迟范围表明自由空间THz光束路径中的吸收导致了明显的自由感应衰减。(c)由(b)通过傅里叶变换和500 ps调制窗口得到的THz信号功率谱密度，得到2 GHz的频谱分辨率和35 dB的动态范围。(d)通过改善放大器噪声，以更低的更新速率Δfrep = 1 kHz，在2秒积分时间内获得了动态范围增加到55 dB的THz谱。在两种情况下，平滑背景是从相应的分离时间迹线中获得的，在这些时间迹线中，自由空间THz光束路径被阻断。明显的吸收特征来自空气路径中水的吸收。请注意，由于两次测量的不同湿度条件（(c)为晚夏，(d)为初冬），吸收强度发生了变化。

在这种高更新速率（Δfrep ≈22 kHz）下获得的THz频谱动态范围很大程度上受到转阻放大器的噪声系数的限制。使用高重复率差操作激光需要足够的射频（RF）检测带宽来读取接收器设备的输出。光学THz频率根据等效时间缩放因子Δfrep/frep映射到RF频率范围内。

为了探测高达5 THz的THz频率，需要93 MHz的射频带宽。用高增益带宽低噪声的放大器放大弱信号是有挑战性的。在我们的检测方案中，我们使用一个3 dB带宽为200 MHz，传输增益为104 V/A的转移阻抗放大器（Femto HCA-S），然后是一个带宽宽的低噪声电压放大器（Femto DUPVA-1-70），其电压增益为30 dB。zui后，在数字化之前，我们使用一个200 MHz的抗混叠滤波器（Minicircuits BLP-200+）和示波器（Lecroy WavePro 254HD）。关于这些条件下获得的动态范围的详细讨论在第4.1节中提供。为了证明放大器对动态范围的限制，我们进行了额外的测量，更新速率为1 kHz，因此对射频检测带宽的要求放松到约4.2 MHz（对于高达5 THz的THz频率）。同时，自由运行的双频激光器的低噪声性能和自适应采样步骤导致周期抖动小于10 fs（第3节）。为了确保频率<5 THz的光谱信息不会在时间轨迹的后续平均步骤中被清除，我们使用DHPCA-100放大器（FEMTO）替换了HCA-S放大器（传输阻抗增益105 V/A，输入等效噪声电流480 fA/√Hz，射频带宽3.5 MHz），结果使得THz信号的PSD的信噪比提高了20 dB（图6（d））。对于两种配置（Δfrep≈22 kHz和Δfrep≈1 kHz），THz谱都显示出相同的尖锐吸收峰，可以被识别为水吸收。图7显示了这些吸收峰在Δfrep=1 kHz的情况下与HITRAN预测[47]的比较。测量位置和吸收峰的相对强度与HITRAN预测的非常好的一致性表明，在我们的自由运行双梳THz测量中，光延迟轴经过了良好的校准和线性化。

图7：（a）比较通过THz-TDS测量的约30厘米自由空间路径的吸收特征和HITRAN预测的水（H2O）蒸汽浓度为1.1％的吸收谱。 THz-TDS吸收谱是通过减去THz频谱包络（详见附录）从透射谱（图6（d））中获得的。吸收峰的位置非常吻合。对于高频率，当预测的峰吸收强度超出THz-TDS测量的动态范围时，吸收强度会有所偏差。（b）缩放到1 THz和1.3 THz之间的区域，以说明THz-TDS测量的约1.2 GHz的光谱分辨率可以很好地采样每个吸收峰。 THz-TDS测量是在重复频率差异 Δfrep= 1 kHz下进行的，总积分时间为2 s。

4.1.讨论会THz-TDS测试中的最新使用范围

在考虑信号强度、光延迟范围和积分时间时，参考文献中的数值非常重要。在我们的实验中使用的设备，进行了参考测量，使用了驱动波长为1550 nm和脉冲重复频率为80 MHz的激光器。在这些测试条件下，获得的峰值THz信号电流强度为500-700 nA，光学功率为20 mW（发射器和接收器均为此值）。在这里，我们使用Yb激光技术探究这些掺铁PCA器件的运行情况。尽管配置大不相同（1050 nm波长和1.2 GHz重复频率），但我们获得了相似的THz信号电流（515-550 nA）。发射器上的平均光功率为80 mW，接收器上为30 mW，对应的脉冲能量远低于光电导器件的脉冲能量损伤阈值，这是由于激光的高GHz重复频率，与80 MHz的脉冲重复频率的测试测量相比。我们实验中所需的增加光功率，可以通过1550 nm和1050 nm驱动器之间的光子数缩放来解释。

虽然我们的信号强度与参考测量值相当，但我们获得了显著较低的动态范围。一篇类似的光电发射机和接收机对的THz功率谱报道了105 dB的高动态范围，该谱通过光延迟60 ps和总积分时间60 s的机械延迟扫描获得[50]。相比之下，我们在Δfrep≈ 22 kHz配置下获得了35 dB的动态范围，而在Δfrep≈ 1 kHz配置下获得了55 dB的动态范围。这种差异可以部分地解释为平均值的数量。我们扫描了更长的延迟范围，这降低了动态范围（DR）。为了比较我们的结果，请注意，THz-TDS测量的DR随着测量积分时间Tmeas和时间光延迟范围Trange缩放，对于我们的平滑窗，Trange= 500 ps，因此具有2秒示波器跟踪的有效测量时间为2 s⋅500/850 = 1.18 s。因此，（Tmeas/T2range）大约要小3530倍（35.5 dB）。

部分的误差可以通过测量的电子底噪来解释，这与所使用的跨阻放大器有关。基于机械延迟线的系统涉及到光延迟的较慢扫描，将检测到的射频频率限制在几十kHz以内。在这些条件下，低噪声跨阻放大器的输入等效噪声电流可以低至43 fA/√Hz，跨阻增益为107 V/A，而在Δfrep=22 kHz的测量中，相应的噪声电流为4900 fA/√Hz。动态范围的影响可以通过噪声水平的平方比例来获得，对于22 kHz的配置，这对应于(4900/43)2≈40 dB。考虑到这个电子因素和时间缩放因子，我们报告的35 dB的动态范围在参考文献[50]中使用的条件下应该理论上缩放到35 dB+40 dB+35.5 dB=110.5 dB。对于Δfrep=1 kHz的配置，实验采用的跨阻放大器具有10倍更低的输入等效噪声电流(480 fA/√Hz)，这产生了预期的20 dB提高THz功率谱密度(Figs. 6 (c,d))。对于这种配置，我们得到类似的缩放，从测量中得到55 dB的动态范围，35 dB的时间缩放因子，以及(4900/480)2=21 dB的放大器。虽然这些计算解释了主要影响，但应注意，动态范围也可能受到接收天线本身的限制，因此进一步改进放大器必须在实验中进行测试。

4.2.THz智能射线和高精准度钢板厚度检测的

接下来，我们展示了THz前端测量样品在自由空间THz光路中插入的光学和物理厚度的能力。在这里，我们将一块(2.0±0.2)mm厚的c切割蓝宝石窗口插入光路中。图8显示了单次延迟扫描的THz时间跟踪图与光学延迟的关系，在激光器设置的重复率差Δfrep为1 kHz时更新率为1 kHz，经过2秒的平均处理后，包括有和没有额外蓝宝石窗口的情况。请注意，时间零点对于两种情况都没有改变，并由红外的干涉信号触发确定。这使我们能够识别主THz脉冲的延迟τ1到τ3，包括蓝宝石窗口在零光学延迟周围的分镜效应（如图8(b)所示）。此外，我们可以确定在光学延迟约为600 ps处的延迟τ4到τ6，它对应于THz脉冲在总共三次而不是一次（如图8(c)所示）的发射器和接收器之间的自由空间区域传播。这是因为少量的THz光被接收器反射回自由空间路径，传播回发射器，再次反射向接收器。从窗口的光学和物理厚度对观察到的不同延迟的贡献总结在表1中。我们通过大似然拟合物理模型，发现蓝宝石窗口的物理厚度l=(2.094±0.007)mm和光学频率约为1 THz时的群组折射率ng=3.109±0.010。所述误差对应于拟合的1σ误差。两个值都与窗口的机械厚度公差和文献报道的群组折射率相符。

还有，自洽线性拟合成果可以说不会不确认性，断定了不会蓝绿宝石任务栏的原THz时间间隔关注中在约600 ps光迟缓处的伪影位于于THz波形参数在THz政治权利空间方向上的发送到器和散发器配件上的反射面。

 表1：将蓝宝石窗口插入自由空间THz光束路径中导致THz波形光延迟的贡献。ng表示蓝宝石在其c轴上的群折射率，L表示窗口的物理厚度，c表示真空光速。

图8：校正2mm的C裁切蓝辉石观察窗口期的物理化学尺寸和组群突显出岁月率。观察窗口期相对 于红外打搅图和气流时候的条纹射线给出了THz波形参数的光延后（见示意愿）。强射线在任何光延后复印的时期关注软件中比较清楚可看得出，该复印的最新率有1 kHz（a）。在（b）和（c）中拇指示的延后τ1到τ6的值在表1中给出。请特别注意，相对 延后位置600ps到750ps，（c）中的的预警轴确定了比例怎么算尺发展，以加强仅在均匀后才与躁音的预警辨别好坏出来的的相关联的预警的可看得出性。相对 所有关注软件，已采用号码带通滤波器，将的预警的限制在[50 GHz，3 THz]的THz速率位置内。

小组讨论

各位展示出会了以GHz重叠频点泵浦的区域空间区域多路复接单腔双光梳二氧化碳脉冲激光行业器，其受到了区域空间区域单模肖特基二极管的鼓舞。共集焦腔设汁与在反射层手机配置下基本操作的双反射镜能够重叠频点地域差异庞杂就可以调整，到±175 kHz，脉冲脉冲激光行业长期时为77 fs，任何光梳二氧化碳脉冲激光行业器的分別输出精度功率为110 mW。非常低的噪音分贝性能指标可使计算出导航定位什么是自由自动运行的二氧化碳脉冲激光行业器梳齿线输出精度变成了应该，这反了又可使协同作战分別双光梳光谱仪图学兼具相似1 GHz的谱签别率。各位就可以通过对乙炔汽体池的原理性化光谱仪图学实验英文展示出会了这样特点，就可以在1040 nm边上克服所以拖动振动式消化特征描述，与HITRAN的预測不符。

不但，各位做出广泛应用双光梳缴光行业器打出做出效率的时域THz科学试验制作，探测器规格冷空气的光谱分析表现，到了3 THz的带宽，并在蓝黄宝石窗户上做出透彻的层厚薄检测。THz科学试验制作从全0.85 ns网络延后扫面的多kHz自动更新带宽中受益。各位的的结果说明，面向1550 nm的运作制作区的掺铁InGaAs基光电公司无线也也可以确认GHz重频的1050 nm缴光行业驱动下载实现zui先jin的表现标准。各位得到的55 dB动态性比率也也可以很好的地表示为THz表现标准（与兆赫级1550 nm缴光行业器的规范检测相同）、长网络延后扫面比率（0.85 ns）包括手机图像放大器电路的躁声。不但，与在约100 MHz重覆带宽下运转的普通软件相较，GHz重覆带宽增涨低的脉冲发生器能量消耗同意更高一些的均匀电工作效率运转。但是，担忧到重覆带宽可拓张性实现10 GHz [32]包括用到电工作效率可拓张的Yb夹杂着增加收益有机溶剂[44]，各位平均这样的高效果THz-TDS科学试验制作的低更复杂度单腔固态硬盘安装双梳缴光行业手机平台，比较是在担忧到重覆带宽可拓张性的状态下，就会有同质性的益处。

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