Vybavení

1) Hlavní THz experimenty

Vlastní uspořádání pro THz spektroskopii v časové doméně

Umožňuje měření vzorků v rovnovážném stavu (pevné a kapalné vzorky; teplotní rozsah 10 – 900 K; elektrické pole do 1.5 kV) a s optickou excitací (experimenty typu optická excitace—THz sondování); experiment je umístěn ve vakuové krabici. THz experiment může být provozován v následujících dvou konfiguracích:

MIRA seed: Pro měření vzorků v rovnováze je experiment provozován s femtosekundovým oscilátorem MIRA seed. Využíváme nedávno vyvinutý polovodičový fotospínač TeraSED s interdigitálními elektrodami, který generuje THz pulsy s velkou jasností. K detekci používáme krystal ZnTe (tloušťka 1 mm, orientace [110]), který funguje jako elektrooptický fázově citlivý senzor.

Špičkové elektrické pole	0.1 kV/cm
Průměrný výkon	0.27 mW
Energie v pulzu	3.5 pJ
Špičkový výkon	0.27 kW
Počet fotonů v pulzu	~1.4×10¹⁰

Regenerativní zesilovač Spitfire ACE: Pro měření typu excitace-sondování používáme výstup z femtosekundového laserového zesilovače a THz pulzy jsou generovány optickou rektifikací (rozdílovým frekvenčním směšováním) v krystalu ZnTe (tloušťka 1 mm, orientace [110]). Identický krystal ZnTe se používá jako senzor pro fázově citlivou detekci.

Špičkové elektrické pole	5 kV/cm
Průměrný výkon	0.7 µW
Energie v pulzu	0.7 nJ
Špičkový výkon	2.3 kW
Počet fotonů v pulzu	~7×10¹¹

Fig. 1. Fotografie uspořádání pro THz spektroskopii.

Vlastní uspořádání pro THz mikroskopii v blízkém poli

Experiment je provozován s femtosekundovým oscilátorem VITESSE a jako emitor THz pulzů využívá polovodičový fotospínač TeraSED s interdigitálními elektrodami. Pro detekci se používá krystal ZnTe (tloušťka 1 mm a orientace [110]) jako elektrooptický fázově citlivý senzor.

Fig. 2. Fotografie uspořádání pro THz mikroskopii v blízkém poli.

2) Laserové systémy

MIRA seed (Coherent)
Regenerativní femtosekundový zesilovač Spitfire ACE
VITESSE (Coherent)
Parametrický zesilovač TOPAS

3) Další vybavení

Lock-in zesilovač Stanford Research 830 DSP
Boxcar averager Stanford 850
Tilted Front Pulse Autocorrelator (TFPA) from Light Conversion
Autokorelátor APE-mini
Spektrometr Acton Spectra Pro® 150
Kryostat Oxford Optistat CF od Oxford Instruments, uzpůsobený pro THz spektroskopii, teplotní rozsah 5 – 300 K
Vysokoteplotní pec uzpůsobená pro THz spektroskopii od firmy Specac, teplotní rozsah 300 – 1000 K

Detailní popis laserů

MIRA seed

Mira se používá buď v experimentech pro měření transmisních THz spekter.

Výrobce	Coherent Inc.
Střední vlnová délka	800 nm
Délka optického pulzu	50 – 80 fs (adjustable)
Šířka spektra	15 – 40 nm
Opakovací frekvence	76 MHz
Energie v pulzu	8 nJ
Počet fotonů v pulzu	~3.5×10¹⁰
Průměrný výkon	650 mW
Špičkový výkon v pulzu	140 kW

Regenerativní zesilovač Spitfire ACE

Regenerativní zesilovač Spitfire ACE regenerative amplifier je typicky používán v experimentech typu optická excitace – THz sondování, a/nebo k čerpání optického parametrického zesilovače (TOPAS).

Výrobce	Spectra-Physics/Newport
Čerpací laser	Empower Q-switched Nd:YLF laser, 45 W
Seed laser	MaiTai SP
Střední vlnová délka	800 nm
Délka optického pulzu	35 fs (nastavitelná)
Šířka spektra	15 – 30 nm
Opakovací frekvence	5 kHz
Energie v pulzu	1 mJ
Počet fotonů v pulzu	~4×10¹⁵
Průměrný výkon	5 W
Špičkový výkon v pulzu	28 GW

VITESSE

Systém Vitesse se používá v uspořádání pro THz mikroskopii v blízkém poli.

Výrobce	Coherent
Čerpací laser	Verdi 4.5W
Střední vlnová délka	800 nm
Šířka spektra	10 – 15 nm
Opakovací frekvence	80 MHz
Energie v pulzu	11 nJ
Průměrný výkon	1 W

Parametrický zesilovač TOPAS

Parametrický zesilovač TOPAS (TOPAS = travelling-wave optical parametric amplifier of super-fluorescence) je typicky používán k fotoexcitaci vzorů v experimentech typu optická excitace – THz sondování.

Výrobce	Light Conversion
Rozsah výstupních vlnových délek	240 – 3000 nm
Délka pulzu	~50 fs
Energie v pulzu	1 – 100 µJ (závisí na výstupní vlnové délce)