Терагерцовый (ТГц) спектрометр реального времени T-SPEC

• Терагерцовый (ТГц) спектрометр для исследований во временной области (THz-TDS)
• Широкий спектральный диапазон до 5 ТГц
• Высокий динамический диапазон: >90 дБ при 0.4 ТГц
• Сбор данных в режиме реального времени со скоростью 10 спектров/сек
• Превосходное спектральное разрешение до 1 ГГц
• Бесподшипниковый дизайн линии быстрой задержки – практически неограниченный срок службы
• Режимы измерения пропускания, отражения, оптической накачки-зондирования
• Высокое пространственное разрешение при ТГц визуализации
• Полное управление через ПК
• Удобный пользовательский интерфейс

• Терагерцовая (ТГц) спектроскопия на пропускание и отражение
• Анализ характеристик химических материалов
• Анализ времени жизни и подвижности зарядов в полупроводниках
• Анализ диэлектрических свойств и комплексного показателя преломления
• Материаловедение
• Неразрушающие исследования в медицине и биологии
• Измерение толщин прозрачных материалов

Терагерцовый спектрометр реального времени от компании TERAVIL является мощным инструментом для исследовательских приложений импульсных терагерцовых волн. Благодаря простой и прочной конструкции он удобен в использовании и легко может быть адаптирован под индивидуальные задачи.

Уникальный дизайн микрополосковой фотопроводящей антенны, изготовленной на подложке из GaAs, выращенной при низких температурах, гарантирует широкополосный спектральный и высокий динамический диапазоны. Система построена с использованием двух линий оптической задержки: быстрой и меленной. Линия быстрой задержки позволяет получать данные в режиме реального времени со скоростью 10 спектров/сек и временным диапазоном 116 пс. Усреднение собираемых спектров позволяет увеличить динамический диапазон до 90 дБ в пике импульса и расширить диапазон сканирования до 5 ТГц. Дополнительная линия медленной задержки позволяет комбинировать несколько временных разрешений, тем самым достигая превосходного спектрального разрешения в 1 ГГц. Линия быстрой задержки имеет бесподшипниковый дизайн и использует магнитосвязанный привод, что делает её особенно надежной и значительно увеличивает срок службы.

Корпус THz-TDS спектрометра оснащен встроенными фитингами для его продувки газом, например, сухим воздухом или азотом, когда эксперимент требует специальных условий внешней среды. Просторная зона для образцов позволяет легко интегрировать дополнительное оборудование, например, криостат или нагреватель. По специальному запросу мы можем реализовать интеграцию необходимого оборудования, обеспечив его удобную установку, герметизацию корпуса спектрометра, виброизоляцию и автоматизацию работы.

Терагерцовый (ТГц) спектрометр реального времени серии T-SPEC оборудуется двумя спектроскопическими модулями для измерений пропускания (по умолчанию) и отражения (опционально). Каждый модуль может также опционально комплектоваться моторизированный предметным столиком для перемещения образца. Данная особенность позволяет производить автоматизированные измерения образцов без необходимости физического доступа внутрь самого спектрометра. Модуль отражения имеет удобную вертикальную схему, в которой ТГц пучок падает на образец снизу и отражается обратно. В данном случае образцы можно быстро заменять, просто снимая их с предметного столика. Другой отличительной особенностью является то, что система не требует никаких дополнительных подстроек, как при смене образцов, так и при смене измерительных модулей.

Спектрометр серии T-SPEC является идеальным выбором для получения изображений в широком ТГц диапазоне. Он позволяет сканировать образцы размером до 25 × 25 мм с пространственным разрешением порядка 1 мм. Результаты измерений содержат информацию о самом объекте исследований, в том числе о его структуре и спектральные данные.

Также THz-TDS спектрометр может быть адаптирован для оптической ТГц спектроскопии накачки-зондирования. Это позволяет исследовать динамику носителей заряда в полупроводниках, нанокристаллах и других материалах. Одна часть дополнительной оптики размещается внутри корпуса, а другая, с линией задержки, крепится к наружной стенке спектрометра. Это позволяет проводить измерения процессов до 1 нс с временным разрешением до 0.5 пс.

В случае если у Вас есть собственный фс лазер с длиной волны 780 нм или 1060 нм, T-SPEC может быть адаптирован под работу с таким лазером. При этом оптический и ТГц пути излучения будут предварительно отъюстированы. Таким образом, потребуется только завести лазерное излучение внутрь спектрометра. Лазер накачки должен удовлетворять следующим параметрам: длительность импульса ≈ 100 фс, частота следования импульсов в диапазоне 10 – 100 МГц, средняя выходная мощность до 60 – 80 мВт.

Терагерцовые (ТГц) и суб-ТГц частоты (100 ГГц - 10 ТГц) электромагнитного спектра связывают микроволновый и инфракрасный диапазоны частот. ТГц волны проникают в диэлектрические материалы, такие как бумага или пластик, отражаются от материалов со свободными электронами (металлы) и поглощаются молекулами с определенными уровнями вибрации в пределах терагерцового диапазона.

Терагерцовая спектроскопия (ТГц-TDS) поглощения или отражения, получение изображений биологических и других объектов, ТГц томография и спектроскопия ТГц зондирования являются предметами горячего обсуждения на научных конференциях, на которых поднимаются вопросы о возможности использования данного типа спектроскопии в таких областях, как производство полупроводников, медицинская техника и средства обеспечения безопасности. Типичная схема установки терагерцовой (ТГц) спектроскопии (ТГц-TDS) показана на рис. 1.

Рис.1. Пример схемы экспериментальной установки THz-TDS спектроскопии (time domain spectroscopy).

После прохождения через образец, благодаря одинаковой длине свободного пространства, суб-пикосекундные импульсы терагерцового (ТГц) излучения детектируются. Сравнение Фурье спектров форм этих импульсов дает спектры поглощения исследуемого образца.

Рис.2. Типичный вид выходных данных терагерцового (ТГц) спектрометра реального времени T-SPEC (измерено в окружающей среде) – форма сигнала ТГц импульса и его Фурье спектр.

Рис.3. Измерение коэффициентов поглощения RDX и PETN.

Основными компонентами любой терагерцовой системы являются ТГц эмиттер и детектор излучения. ТГц эмиттер и детектор имеют микрополосковую антенну фоторезистора, выращенную на GaAs (LT-GaAs) подложке при низкой температуре. Терагерцовое (ТГц) излучение собирается и коллимируется встроенной полусферической кремниевой линзой, установленной на платформе XY. Исполнение фотопроводящей антенны зависит от подвижности носителей и времени прохождения сигнала в полупроводниковых слоях. LT-GaAs является одним из лучших материалов для ТГц приложений, благодаря высокой подвижности носителей, быстрого времени захвата носителей, высокому напряжению пробоя и высокому сопротивлению. Технология роста LT-GaAs позволяет контролировать жизнь фотовозбужденных носителей в очень широком диапазоне: от менее 100 фс до 100 пс. Геометрия фотосопротивления антенны, параметры кремниевых линз, а также свойства эпитаксиальных слоев LT-GaAs оптимизированы для максимальной эффективности выходного терагерцового (ТГц) излучения, сохраняя при этом оптимальную пропускную способность.

В результате типичное значение излучаемой мощности терагерцового (ТГц) излучения превышает несколько мВт при накачке высокочастотным лазером с выходной мощностью 30 мВт и длительностью импульса 100 фс. Пропускная способность системы обнаружения превышает 700 ГГц с полезным спектральным диапазоном 0.1-3.5 ТГц. Имеются версии для различных типов лазеров накачки.

Рис. 4. ТГц эмиттер и детектор

THz-TDS спектрометр оборудуется двумя спектроскопическими модулями для измерений пропускания и отражения. Каждый модуль имеет моторизированный манипулятор для образца. Данная особенность позволяет производить потоковые измерения образцов без необходимости физического доступа внутрь самого прибора. Модуль отражения имеет удобную вертикальную схему, в которой ТГц луч падает на образец снизу и отражается обратно. В данном случае образцы можно быстро заменять, просто снимая их с предметного столика. Другой отличительной особенностью является то, что система не требует никаких настроек как при смене образцов, так и при смене измерительных модулей.

Программное обеспечение

Автономное программное обеспечение (ПО) поставляется вместе с устройством. Оно имеет встроенные инструменты для полного управления системой, анализ спектров поглощения и пропускания, визуализация 2D изображений с возможностью проведения спектрального анализа. ПО позволяет проводить мониторинг сигнала и спектра в режиме реального времени (полезно для настройки системы), а также усреднение до 512 спектров для увеличения динамического диапазона. Исходные данные могут быть экспортированы в файл для последующего анализа.

Рис. 5. Главное окно программного обеспечения (изображение лезвия (размер 97 x 97 пикселей) полученное в режиме изображения на частоте 1 ТГц

Постройте свой собственный Терагерцовый (ТГц) спектрометр с временным разрешением

В качестве совершенно гибкого и экономически эффективного решения, Ekspla предлагает комплексную терагерцовую систему. Доступны четыре стандартные конфигурации, оптимизированные для измерения пропускания, отражения, формирование изображения или для проведения измерений накачка-сигнал. Все они могут быть легко заменены и изменены. Любая другая дополнительная конфигурация может быть заказана изначально или в качестве будущего обновления.

Стандартный комплекс терагерцовой (ТГц) спектроскопии включает в себя:

• ТГц эмиттер и детектор
• Оптика сопряжения излучения лазера накачки
• Моторизованная медленная линия задержки с контроллером
• Зеркала,  направляющие ТГц луч
• Держатель образца
• Синхронный усилитель
• Программное обеспечение LabVIEW для сбора данных

Опционно:

• Фемтосекундный лазер
• «Чистый» блок, удаляющий водные линии поглощения
• Персональный компьютер

Опции

• Cистема регистрации TRS-16
• Cпектроскопический набор
• Операционный предусилитель для ТГц детектора
• Источник питания TMS-100M для приложения напряжения смещения к ТГц излучателю
• Механический держатель для излучателя / детектора

Пример пользовательской конфигурации:

Приветствуются заявки на кастомные версии!

Рис. 1. Типовая производительность терагерцового спектрометра реального времени серии T-SPEC(измерено при нормальных атмосферных условиях).

Рис. 2. Оптическая схема ТГц спектрометра серии T-SPEC для экспериментов оптической ТГц спектроскопии накачки-зондирования.

Рис. 3. T-SPEC 1000 без верхней крышки

Рис. 4. Измерительные модули T-SPEC: геометрия на отражение (слева) и геометрия на пропускание (справа)