搭建太赫兹时域光谱系统时，飞秒激光器选型应注意哪些？
太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统是基于相干探测技术的太赫兹产生与探测系统，能够同时获得太赫兹脉冲的振幅信息和相位信息，通过对时间波形进行傅立叶变换，能直接得到样品的吸收系数和折射率、透射率等光学参数。太赫兹时域光谱有很高的探测信噪比和较宽的探测带宽，探测灵敏度很高，可以广泛应用于多种样品的探测。
图1 全光纤太赫兹时域光谱系统示意图
如图1所示，THz-TDS系统主要由飞秒激光器、太赫兹辐射产生装置及相应的探测装置，以及时间延迟控制系统和数据采集与信号处理系统组成。飞秒激光器是系统中较为关键的组成部分，因为笔者是从事激光器行业的，在这里根据经验对TDS系统中对飞秒激光器的选型做一大概分析：
- 脉冲宽度的选择
理论上脉冲宽度越窄越好，窄脉冲可以有效提高太赫兹光谱宽度和频谱分辨率。目前市场主流的光纤激光器脉宽一般在60~100 fs左右，已经基本能够满足太赫兹时域光谱仪的大部分需求；更窄的脉宽则需要考虑钛宝石等固体激光器，但其体积大，不易维护，价格也更高昂；相较而言，光纤激光器具有更高的性价比，是时域光谱仪的首选。
图2 上海朗研1560nm飞秒激光器典型的脉冲自相关轨迹图
- 激光功率的选择
这主要取决于光电导天线的性能及光路中的损耗，光电导天线以常用的几家为例，menlosystems及toptica两家产品耐受功率以30 mW为限，而同样是德国主流厂商batop的产品标称耐受功率则只有12 mW，产品性能相对上述两家要稍逊一筹，不过因为价格优势也受到不少客户的青睐。
光功率的损耗则主要来自于延迟线的耦合损耗，市售延迟线耦合损耗一般在1~1.5 dB，数值相对较大，因此在考虑激光功率时必须纳入考虑范围。
- 激光波长的选择
激光波长的选择也依赖于所选光电导天线的类型，Menlosystems及Toptica产品基于铟镓砷材料，工作波长为1.5 μm波段；而Batop则推出了多种材料的光电导天线产品，1.5μm/1μm/0.8μm波段均有产品供客户选择；上海朗研有多款不同波长飞秒光纤激光产品匹配各家光电导天线使用。
- 激光器重复频率
激光重复频率对光谱仪性能并无明显影响，市售主流产品集中在50 M~100 MHz，Menlo主推100 M，Toptica和上海朗研产品则80 MHz作为典型值，当然这个值可以依据客户需要进行定制。
- 重复频率的稳定性
由于受多种因素（如环境温湿度、泵浦电流变化）的影响，激光器的重复频率会发生漂移。这个数值一般在百赫兹量级，这在常规使用延迟线的TDS系统中是无关紧要的，但是这对于采用异步采样方案的时域光谱系统则是致命的。因为异步采样系统需要两台激光器，而且两台激光器的重频差要控制在几赫兹至几千赫兹范围内，因此就对重频的稳定性提出了更高的要求；为满足此类需求，包括上海朗研在内的多家厂商推出了重频锁定的飞秒激光产品，该类产品通过实时负反馈将重复频率漂移控制在毫赫兹量级。
图3 激光器重复频率锁定前后对比
总之搭建一个太赫兹时域光谱系统是一个综合考量的过程，以上几点供大家参考，不足之处欢迎批评指正，多多交流，谢谢！
