薄膜铌酸鋰電光太赫茲傳感器

正文

薄膜铌酸鋰電光太赫茲(zi) 傳(chuan) 感器

本文譯自Thin‑film lithium niobate electro‑optic terahertz wave detector（Ingrid Wilke, Jackson Monahan, Seyfollah Toroghi, Payam Rabiei & George Hine )）

亞(ya) 皮秒太赫茲(zi) 頻率電磁輻射脈衝(chong) 的自由空間電光采樣對於(yu) 時域太赫茲(zi) 波譜學、時域太赫茲(zi) 成像、光子時間拉伸測量、近場太赫茲(zi) 波顯微鏡和時域太赫茲(zi) 量子光學具有重要意義(yi) 。測量方式需要0.1-10THz帶寬的電光檢測方案，太赫茲(zi) 波譜和成像的檢測閾值為(wei) ~ 1V/cm，加速器和非線性太赫茲(zi) 波譜的縱向電子束長度測量的動態範圍為(wei) ~ MV/cm。此外，射頻(RF)、毫米(mm)和太赫茲(zi) 頻率電場的電光測量在加速器的電子束診斷、等離子體(ti) 物理、生物醫學傳(chuan) 感、激光雷達、微波集成電路和天線表征等領域是必不可少的。

線性電光(EO)效應發生在非中心對稱晶體(ti) 中，其中外加電場改變材料的折射率，產(chan) 生偏振和相位調製，也稱為(wei) 波克爾斯效應。電光效應在瞬間有效發生，實現了高時間分辨率。此外，全介電電磁傳(chuan) 感器產(chan) 生的采樣電場畸變可以忽略不計。利用飛秒(fs)近紅外(NIR)激光脈衝(chong) 與(yu) 自由傳(chuan) 播的單周期亞(ya) 皮秒太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 或瞬態電場時間同步，探測太赫茲(zi) 頻率電場誘導下電光晶體(ti) 的折射率變化。靈敏度取決(jue) 於(yu) 光晶體(ti) 的波克爾斯係數、在光晶體(ti) 中傳(chuan) 播的太赫茲(zi) 波和近紅外波的速度匹配以及它們(men) 的相互作用長度。

铌酸鋰(LN)是一種用於(yu) 高頻電場傳(chuan) 感的通用材料，因為(wei) 它具有大的電光材料係數，對可見光和近紅外波(0.4-5µm)具有高透明度，對RF, mm和THz波(< 10 THz)具有低吸收。由絕緣體(ti) 上的铌酸鋰薄膜(LNOI)製成的緊密受限铌酸鋰波導為(wei) 速度匹配、色散工程和準相位匹配工程提供了前所未有的可能性。開創性的概念驗證使用薄膜铌酸鋰(TFLN)平台，例如高速電光調製器, 電光頻率梳狀發生器，以及zui近的太赫茲(zi) 波形合成。

本文報道了利用铌酸鋰薄膜在絕緣體(ti) 上製作的光子集成電路對自由傳(chuan) 播的太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 進行時間分辨電光探測。電光太赫茲(zi) 波探測器的設計方法創新地利用和集成了薄膜LNOI、光子集成電路微加工和商用通信波長光纖等材料科學的進展。作為(wei) 概念驗證，一個(ge) 原始的薄膜LNOI電光探測器芯片已經被設計、製造和表征。利用該原型裝置演示了對頻率高達800 GHz的自由傳(chuan) 播亞(ya) 皮秒太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 電場的有效相敏檢測。

太赫茲(zi) 頻率電場的電光探測利用大塊電光晶體(ti) 。探測器的靈敏度和帶寬受到電光晶體(ti) 內(nei) 近紅外和太赫茲(zi) 電場相位失配(直接與(yu) 折射率失配相關(guan) )的限製。LN (LiNbO3)是一種電光晶體(ti) ，具有很強的線性電光調製(電光係數r33 = 30.8 pm/V)。大塊LN晶體(ti) 在太赫茲(zi) 和亞(ya) 太赫茲(zi) 頻率處表現出不利的高相位失配(f = 0.1THz時∆n = nTHz - nopt = 4.39，λopt = 1550 nm)，當用於(yu) 檢測自由傳(chuan) 播的太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 時，產(chan) 生較差的信噪比(SNRs) 。電場靈敏度低至1Vm⁻¹Hz^−1/2已被證明，但由於(yu) 大塊晶體(ti) 固有的相位失配特性，铌酸鋰電光探測器的帶寬受到限製。對於(yu) 100GHz以上頻率的電光采樣，ZnTe和GaP提供了更大的帶寬(ZnTe: fc = 3THz；GaP: fc = 7 THz)，但由於(yu) 電光係數低於(yu) 铌酸鋰 (ZnTe: r41 = 3.90 pm/V；GaP: r41 = 0.97 pm/V)。

LN (LiNbO3)由於(yu) 具有更大的電光係數，因此在電場的電光探測方麵優(you) 於(yu) ZnTe和GaP。重要的是，薄膜LNOI通過適當設計光波導，可以實現太赫茲(zi) 波信號和近紅外波的完美相位匹配。此外，通過使用保偏光纖引導和耦合激光束進出探測器，大大簡化了激光探測光束與(yu) 太赫茲(zi) 探測器的有效、穩定的空間對準。由於(yu) 光子集成電路取代了多個(ge) 大塊光學元件(以及它們(men) 的機械安裝和支架)，電光太赫茲(zi) 傳(chuan) 感器的尺寸和重量大大減少。未來，具有成本效益的薄膜LNOI探測器芯片的晶圓級製造設想將變成現實。

使用铌酸鋰和光子集成的電光太赫茲(zi) 波探測器由器件概念表示，其中入射太赫茲(zi) 波電場使用等離子體(ti) 天線和等離子體(ti) 器件局部增強。我們(men) 的研究目標是通過開發一種光子集成的全介電電磁傳(chuan) 感器來推進技術。該設備對於(yu) 射頻/毫米/太赫茲(zi) 頻率電場和波的非侵入性測量非常重要，在這種環境中，沉積在铌酸鋰上的金屬結構可能會(hui) 扭曲待檢測的電場模式。

結果

光子集成電路

薄膜LNOI電光太赫茲(zi) 傳(chuan) 感器設計如圖1所示。它由一個(ge) Mach-Zehnder (MZI)幹涉儀(yi) 部分(圖1a)和一個(ge) 輸入和兩(liang) 個(ge) 輸出光柵耦合器(圖1b)組成。在Mach-Zehnder幹涉儀(yi) 部分，使用1 × 2 MMI耦合器將光纖耦合光分成兩(liang) 臂。一個(ge) MZI臂被極化以逆轉铌酸鋰晶體(ti) 的自發極化方向(圖1c)。因此，對於(yu) 一個(ge) MZI臂，在給定的電場下折射率增加，而在相同的電場下，另一個(ge) 臂的折射率會(hui) 減少。因此，通過MZI的激光在一個(ge) 臂中經曆了+ φ的相移，在另一個(ge) 臂中經曆了−φ的相移。太赫茲(zi) 波從(cong) 自由空間耦合到MZI 電光傳(chuan) 感器，激光探針脈衝(chong) 利用垂直於(yu) 傳(chuan) 感器芯片表麵的保偏光纖耦合到電光傳(chuan) 感器芯片。目前的器件由600nm铌酸鋰在500um熔融二氧化矽襯底上製成，工作波長為(wei) 1550nm。輸出MMI 2×2結合這些兩(liang) 相調製信號並產(chan) 生強度調製信號。

該傳(chuan) 感器是用x切割LiNO3製造的，其中異常軸在平麵內(nei) ，平行於(yu) 傳(chuan) 感器芯片的表麵(圖1c)。激光探測光以TE模式在光波導中傳(chuan) 播，激光的電場方向與(yu) 表麵平行。太赫茲(zi) 波的電場平行於(yu) 異常軸。太赫茲(zi) 波和光波都共線傳(chuan) 播。對於(yu) 這種安排，MZI的輸出由式(1)描述:

式(2)中，c為(wei) 光速，ωopt = (2πc/λ)為(wei) 探測激光的光頻，ne = 2.15為(wei) LiNO3在λ = 1550 nm處的非凡折射率。LiNO3的電光係數為(wei) r33 = 30.9 pm/V。太赫茲(zi) 波電場大小為(wei) ETHz，幹涉儀(yi) 臂長度為(wei) 1，傳(chuan) 遞函數TRF(ωRF)定義(yi) 為(wei) (2):

式中，ωR為(wei) 太赫茲(zi) 頻率，nRF為(wei) SiO2的太赫茲(zi) 頻率折射率，nopt為(wei) LiNO3的折射率。

圖1所示。(a)薄膜铌酸鋰(LN)光子集成電路(PIC)示意圖俯視圖。太赫茲(zi) 波(波矢kTHz)平行於(yu) 馬赫-曾德爾幹涉儀(yi) (MZI)的兩(liang) 個(ge) 臂，平行於(yu) 光探測波(波矢kopt)。太赫茲(zi) 波電場方向平行於(yu) 由MZI的兩(liang) 個(ge) 臂形成的平麵。(b)測量時，將有效麵積≈10µm(臂距)× 600µm(臂長)的薄膜铌酸鋰電光(EO)太赫茲(zi) 波傳(chuan) 感器芯片放置在太赫茲(zi) 輻射束旁邊或附近。束徑> 1mm的太赫茲(zi) 輻射束示意圖為(wei) 圓柱體(ti) 。此圖未按比例繪製。所述光纖垂直於(yu) 電光傳(chuan) 感器芯片的表麵平麵。集成光柵將光探針激光器光與(yu) 光波導耦合。(c)絕緣熔融石英薄膜铌酸鋰波導的截麵示意圖。LiNO3晶體(ti) 取向為(wei) x切割(平麵內(nei) 異常軸(e))，太赫茲(zi) 電場平行於(yu) LiNO3的異常軸。光波以TE模式在波導中傳(chuan) 播，具有平麵內(nei) 的光電場(未繪製)。用灰色虛線箭頭表示LiNO3的本征極化。(d)左:裝在塑料外殼中的傳(chuan) 感器的照片，並標明了長度刻度。右圖:說明電光微芯片在塑料外殼內(nei) 位置的示意圖。

光子集成

微型光纖耦合薄膜LNOI 電光太赫茲(zi) 波探測器如圖1d所示。將微加工低損耗近紅外波導、電極化铌酸鋰和光纖引入到瞬態太赫茲(zi) 頻率電場的電光檢測中，可以實現以前由多個(ge) 體(ti) 光學元件支持的功能的高水平集成，四分之一波板/沃拉斯頓棱鏡，或另一個(ge) 分析儀(yi) /偏振器對消除。利用光纖簡化了入射太赫茲(zi) 輻射和激光探測光束與(yu) 電光晶體(ti) 的精確空間對準。

探測器帶寬

近紅外激光探測脈衝(chong) 與(yu) 太赫茲(zi) 波電場在太赫茲(zi) 晶體(ti) 中運動時的相位匹配是有效探測太赫茲(zi) 頻率電場的關(guan) 鍵。對於(yu) 具有近紅外色散的電光材料，當太赫茲(zi) 波的相速度等於(yu) 近紅外脈衝(chong) 包絡速度(或群速度)時，可以實現相位匹配。

在熔融二氧化矽(SiO2)襯底上的薄膜LiNO3中，太赫茲(zi) 波的傳(chuan) 播速度由SiO2的折射率決(jue) 定，由於(yu) 铌酸鋰薄膜的體(ti) 積與(yu) SiO2相比非常小，因此不受其影響。熔融石英在600 GHz處的折射率為(wei) nRF = 1.95。該折射率接近於(yu) λ = 1550 nm處光模在薄膜铌酸鋰波導中傳(chuan) 播的群有效折射率nopt = 2.4。計算得到的器件歸一化調製響應|TRF|²隨調製頻率的變化如圖2所示。在這項工作中測試的器件具有600µm的交互長度l和640 GHz的預測3db帶寬。

圖2。計算了600µm路徑長度的MZI型電光太赫茲(zi) 波傳(chuan) 感器在熔融二氧化矽(藍色)和晶體(ti) 石英襯底(紅色)上的薄膜铌酸鋰波導的調製響應。考慮40 fs探測激光脈衝(chong) (λ = 1550 nm)在一米光纖中熔融石英薄膜铌酸鋰和600µm電光相互作用長度的色散調製響應(黑色虛線)。

圖3.(a)薄膜铌酸鋰電光太赫茲(zi) 波傳(chuan) 感器測量的時域太赫茲(zi) 波輻射脈衝(chong) 。平滑時域測量(黑色實線)覆蓋在原始數據(灰色)上。(b)測量太赫茲(zi) 波形的近景。

觀察結果

薄膜LNOI電光太赫茲(zi) 波探測器對時域測量的入射太赫茲(zi) 波輻射脈衝(chong) 的響應如圖3所示。該信號的時間分布與(yu) OH1晶體(ti) 經飛秒激光脈衝(chong) 光學整流產(chan) 生的太赫茲(zi) 波輻射脈衝(chong) 的典型分布非常吻合。測量到的太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 的持續時間約為(wei) 7ps，記錄的信號在觀測到的~ 1.4 ps的時間尺度上從(cong) max的負值變為(wei) max的正值。

信噪比

對於(yu) 放大激光係統的太赫茲(zi) 波產(chan) 生/探測，在我們(men) 的實驗中，以1 kHz激光脈衝(chong) 重複率發射200µJ脈衝(chong) ，數據采集是在單次射擊(單激光脈衝(chong) )水平上進行的。圖3a中繪製的時域太赫茲(zi) 波表示單個(ge) 激光脈衝(chong) 產(chan) 生的N = 16個(ge) 太赫茲(zi) 波的平均值。如圖3所示，我們(men) 測量的信噪比(SNR)是典型的單次數據采集，由激光脈衝(chong) 與(yu) 激光脈衝(chong) 能量波動決(jue) 定。這導致在OH1晶體(ti) 產(chan) 生太赫茲(zi) 波時太赫茲(zi) 波電場強度的脈衝(chong) 間波動。觀察到的信噪比是探測器的固有特性。未來對更多波形進行平均將提高信噪比，信噪比為(wei) SNR≈√N，其中N代表單獨記錄波形的數量。線性光電探測器陣列的光譜靈敏度在350和5000nm之間，幀采集速率為(wei) 10⁶-10⁷幀/秒，用於(yu) 電光解碼，文獻33,34中有記載。使用這種類型的儀(yi) 器，信噪比可以提高到≈10⁴。

傳(chuan) 感器帶寬

在時域記錄的信號的傅立葉譜如圖4所示。觀測到的光譜輪廓是由光學整流產(chan) 生的太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 的特征。觀測到的低頻率和高頻率分別約為(wei) 100GHz和800GHz。

在圖4中，將薄膜LNOI電光探測器的頻率響應與(yu) 太赫茲(zi) 波源的頻譜和根據式(2)計算的MZI調製器帶寬進行比較。薄膜LNOI電光太赫茲(zi) 波探測器的測量頻率響應與(yu) 調製器響應的預測低頻和高頻極限非常吻合。在高頻率(> 500 GHz)下，與(yu) 計算響應相比，觀察到測量到的探測器響應衰減。

與(yu) 理論預測相比，觀測到的探測帶寬的高頻衰減可以用光纖中40fs激光脈衝(chong) 的色散來解釋。光纖色散將3dB帶寬降低到310 GHz(圖2)。然而，光纖色散可以通過使用色散補償(chang) 光纖有效地減輕fs探測激光脈衝(chong) 的光纖色散。與(yu) 理論預測相比，觀察到的器件在低頻(< 250 GHz)處的衰減響應是時域太赫茲(zi) 波探測器的典型特征，這是由於(yu) 幾何孔徑效應限製了低頻波的有效收集所致。

太赫茲(zi) 波與(yu) 光波折射率失配(∆n = nRF−nopt)對傳(chuan) 感器探測帶寬的影響可從(cong) (2)中直接理解。當∆n趨於(yu) 零時，傳(chuan) 遞函數TRF趨於(yu) 統一。因此，必須min化索引不匹配以max化檢測帶寬。這可以通過調整波導幾何形狀來調整nopt36，增加包層來調整nRF21，或者使用不同的襯底材料來實現。如圖2所示，用結晶石英代替熔融石英將使3dB傳(chuan) 感器的帶寬從(cong) 640 GHz(熔融石英)增加到1太赫茲(zi) (結晶石英)以上。

圖4。薄膜铌酸鋰電光太赫茲(zi) 波傳(chuan) 感器頻率響應(灰色實線)與(yu) OH1太赫茲(zi) 波輻射源發射的太赫茲(zi) 波頻譜(紅色虛線)的比較。當nRF = 1.95(熔融石英)和nopt = 2.4時，考慮40 fs探測激光脈衝(chong) 光纖色散，電光相互作用長度為(wei) l = 600µm的薄膜LNOI調製器的計算帶寬用黑色實線表示。

傳(chuan) 感器帶寬

用半波電場Eπ表示式(2):

由式(3)可知，當TRF(ωRF) = 1時，半波電場為(wei) Eπ = 4.2 × 106 V/m。

半波電場π代表了當前器件的太赫茲(zi) 頻率電場傳(chuan) 感動態範圍的上限。動態範圍的下限由min可測量相移φ設定。這取決(jue) 於(yu) 數據采集的方法。利用鎖相檢測和高重複頻率脈衝(chong) 激光器，可以測量太赫茲(zi) 頻率電場引起的φ≤10⁻⁴rad的相移。由式(3)可知，當π = 4.2 × 10⁶ V/m時，該器件感應太赫茲(zi) 頻率電場的動態範圍下限為(wei) ETHz = 1.3 × 10³V/m。

對於(yu) 相同的電光相互作用長度l = 600µm和調製響應TRF(ωRF)，由於(yu) 薄膜铌酸鋰具有較高的電光係數和較低的折射率，因此與(yu) ZnTe和GaP相比，薄膜铌酸鋰產(chan) 生更高的相移φ。這可以通過比較電光材料的半波場Eπ來說明:Eπ LN = 4.2 × 10⁶ V/m < Eπ ZnTe = 1.6 × 10⁷ V/m < Eπ GaP = 4.4 × 10⁷ V/m(對於(yu) ZnTe和GaP，電光係數和折射率分別為(wei) r41 ZnTe = 3.9pV/m, nZnTe = 2.73, r41 GaP = 0.97 pm/V, nGaP = 3.1)。

由式(1)可知，對於(yu) 大小為(wei) ETHz的太赫茲(zi) 電場，相移是由激光探針波長λ、傳(chuan) 遞函數TRF(ωRF)和MZI臂長度l決(jue) 定的，增加相互作用長度l和減小激光探針波長λ可以增加相移。固有地，min化傳(chuan) 遞函數TRF(ωRF)也將max化器件靈敏度。因此，通過降低指數失配∆n = nRF - nopt，同時提高了信噪比和檢測帶寬。

該器件的靈敏度還受到傳(chuan) 播矢量kTHz和kopt的對準(圖1 (b))的影響，因為(wei) 該器件的有源麵積小(10 μ m臂距× 600 μ m臂長)。如果ETHz不平行於(yu) 铌酸鋰的平麵內(nei) 異常軸，則施加的太赫茲(zi) 頻率電場ETHz仍然與(yu) 波導的TE模式相互作用，但r33係數不再在全強度下起作用，相移−ϕ減小。當傳(chuan) 播矢量kTHz和kopt之間的夾角α > 0時，由x切割铌酸鋰製成的MZI型電光傳(chuan) 感器在旋轉作用下的電光攝動(EOP)由式37描述:

例如，當kTHz與(yu) kopt之間的角度為(wei) α = 10°時，旋轉下的電光擾動為(wei) EOP = 0.97，靈敏度比完全準直時降低3%(圖5)。利用LN材料介電特性vε11 = ε22 = 4.889， ε33 = 4.569, r22 = 3.4pV/m, r23 = 8.6pV/m, r33 = 30.9pV/m進行估計。利用z -切割LN37製成的MZI型電光傳(chuan) 感器可以消除靈敏度旋轉時的EOP。

圖5。根據參考文獻36計算的x切割LN(平麵內(nei) 異常軸)旋轉下的電光攝動。如果太赫茲(zi) 波(kTHz)不平行於(yu) 引導TE光模(kopt)傳(chuan) 播，那麽(me) kTHz與(yu) kopt之間的夾角為(wei) α，則太赫茲(zi) 波電ETHz通過波克爾斯效應引起的相移φ減小。

圖6。太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 產(chan) 生和太赫茲(zi) 波電光探測器測試的實驗安排。

結論

綜上所述，本文報道了用絕緣體(ti) 技術製備铌酸鋰薄膜光子集成電路的設計與(yu) 製作。利用Mach-Zehnder調製器成功地對自由傳(chuan) 播的單周期太赫茲(zi) 波輻射脈衝(chong) 進行了時域測量。太赫茲(zi) 波從(cong) 自由空間耦合到全介電電磁微芯片探測器，而不需要金屬天線和等離子體(ti) 結構。原型裝置的測量帶寬與(yu) 理論計算的調製器響應一致。演示的概念驗證是麵向科學和工業(ye) 廣泛用戶的薄膜LNOI太赫茲(zi) 波測量係統的重要一步。

方法

器件製造

薄膜LNOI晶圓是通過使用晶體(ti) 離子切片方法將晶體(ti) 铌酸鋰的薄層轉移到熔融二氧化矽襯底上而製備的。為(wei) 此，將大塊铌酸鋰晶體(ti) 注入離子並粘合到熔融二氧化矽襯底上。隨後的加熱過程將一薄層铌酸鋰轉移到熔融的二氧化矽襯底上。轉移後的铌酸鋰晶體(ti) 薄膜具有與(yu) 本體(ti) 铌酸鋰晶體(ti) 相同的光學性質和電光性質。在熔融二氧化矽上產(chan) 生薄膜铌酸鋰後，金/鉻電極沉積在晶圓上，用於(yu) 後續的極化工藝。為(wei) 了扭轉馬赫-曾德爾調製器單臂自發電極化的方向，將器件浸入矽油中，並在電極上施加高於(yu) 铌酸鋰矯頑力場(~ 22 kV/mm)的電場。電極去除後，使用電子束光刻技術對電光太赫茲(zi) 波傳(chuan) 感器的光學電路進行圖像化，並通過铌酸鋰層的幹蝕刻形成。光纖V型槽陣列隨後被對準並連接到器件上以實現光纖耦合。該裝置插入塑料外殼中以保護光纖(圖1d)。在工作波長λ = 1550 nm處，器件的光插入損耗為(wei) - 13 dB。在參考文獻38 - 41中解釋了製造過程和器件結構的更多細節。

通過測量LNOI電光電場傳(chuan) 感器對100 kHz振蕩電場的響應，對LNOI電光電場傳(chuan) 感器的基本功能進行了測試和驗證。測得探測器的靈敏度為(wei) 2.2 Vm⁻¹ Hz^−1/2。試驗的細節已在別處描述過。

實驗安排

利用圖6所示的兩(liang) 個(ge) 超短1550 nm激光脈衝(chong) ，在太赫茲(zi) 頻率下對薄膜LNOI電光探測器進行了表征。利用光纖發射級將激光探測脈衝(chong) 自由空間耦合到器件的康寧PANDA保偏單模輸入光纖中。激光泵浦脈衝(chong) 通過光整流傳(chuan) 輸到有機晶體(ti) (OH1)產(chan) 生太赫茲(zi) 波。

光轉換TOPAS Prime光參量放大器(OPA)泵浦采用相幹Astrella Ti:Sapphire再生放大器，工作頻率為(wei) 1 kHz，產(chan) 生超短的1550 nm激光脈衝(chong) 。OPA發射的激光脈衝(chong) 波長為(wei) 1550 nm，能量為(wei) 200µJ，脈衝(chong) 長度為(wei) 40 fs。激光束在可變偏振分束器中以7:1的比例分裂，其中P偏振(水平)泵浦光束通過可變延遲線傳(chuan) 播到有機晶體(ti) 以產(chan) 生太赫茲(zi) 波，S偏振(垂直)探針光束傳(chuan) 播到光纖發射階段。OH1晶體(ti) 通過激光泵浦光整流產(chan) 生太赫茲(zi) 帶寬輻射脈衝(chong) 。文獻42深入描述了太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 產(chan) 生的技術細節。

隨後，產(chan) 生的太赫茲(zi) 輻射脈衝(chong) 通過高密度聚乙烯(HDPE)濾波器傳(chuan) 播。為(wei) 了進行測試，電光 LNOI太赫茲(zi) 波傳(chuan) 感器位於(yu) HDPE濾波器下遊5mm處。

通過在光纖入口麵過度填充未衰減探頭，實現了將激光探頭脈衝(chong) 耦合到探測裝置的輸入光纖中。這與(yu) 放置在探頭光束線上的f = 100 mm焦距透鏡一起減輕了再生放大器中指向漂移的影響，並提供了在設備輸出處測量的一致的探頭影響。包層模式的可能性被認為(wei) 可以忽略不計，因為(wei) 由於(yu) 1 × 2 MMI耦合器，它將無法有效地轉移到器件中。

頻率調製探頭脈衝(chong) 從(cong) MZ調製器臂耦合到兩(liang) 根康寧熊貓保偏光纖中，這兩(liang) 根光纖被導向Thorlabs高速InGaAs平衡光電探測器(PDB230C)。內(nei) 部放大的PDB230C在50Ω負載下的跨阻增益為(wei) 24.5 V/ A, 3db RF帶寬為(wei) 100 MHz。每根光纖上的準直器將激光聚焦到探測器的每個(ge) 光電二極管中。差分信號，連同單個(ge) 二極管上的光電流監視器一起被記錄在示波器上，平均N = 16次。由於(yu) 激光探測脈衝(chong) 明顯短於(yu) 平衡光電探測器的電子時標，每條跡線的形狀由探測器的脈衝(chong) 響應給出，其大小與(yu) 光影響的差異成正比。由於(yu) 這種差異與(yu) 太赫茲(zi) 電場強度成正比，因此集成的平衡走線可以在特定的泵浦探針延遲下對太赫茲(zi) 場進行瞬時測量。通過改變這一延遲，可以重建太赫茲(zi) 電場的時間分布。

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