Detecção de materiais com THz-TDS

Introdução e Aplicações

A tecnologia espectral de domínio temporal de terahertz (THz - TDS) é uma técnica usada para caracterizar materiais e analisar suas propriedades na faixa de frequências de terahertz. Esta faixa de frequências é particularmente preocupante porque muitos materiais relacionados à indústria são semitransparentes e/ou possuem características espectrais claras que permitem identificá-los. O princípio de funcionamento da tecnologia de espectroscopia do domínio temporal de terahertz é emitir pulsos curtos de radiação de terahertz e medir o tempo necessário para que os pulsos atravessem a amostra e retornem. A análise das propriedades dos pulsos de retorno permite obter informações valiosas sobre a composição, a estrutura e as mudanças dinâmicas da amostra.

Na indústria automotiva, a tecnologia espectral de campo temporal de terahertz é usada para medir a espessura da pintura automotiva sem contato. Essas medições são essenciais para garantir o controle de qualidade e detectar problemas potenciais, como revestimentos desiguais, desigualdades e estratificação. Da mesma forma, a tecnologia de espectroscopia do domínio temporal de terahertz pode ser usada para verificar revestimentos funcionais em aeronaves, como revestimentos anticorrosivos ou revestimentos de barreira térmica. Mas também é útil em outras áreas: pode ser usado para estudar as propriedades ópticas e eletrônicas de vários materiais, incluindo semicondutores, polímeros, cerâmicas e compostos. Ele ajuda a determinar a refracção, condutividade elétrica e outros parâmetros importantes desses materiais.

Principais desafios

Um dos principais desafios para implementar sistemas de espectro de domínio temporal terahertz (THz - TDS) de alto desempenho é a varredura de atraso óptico. Tradicionalmente, as pessoas usam mesas de latência mecânica, mas muitas vezes precisam fazer um balanço entre a velocidade de varredura e o alcance da varredura. Conseguir que essas mesas mecânicas se movam rapidamente a longas distâncias é um grande desafio.

As aplicações de espectroscopia do domínio temporal de terahertz muitas vezes envolvem a detecção de sistemas ópticos grossos, nos quais existe um grande atraso óptico entre a luz refletida. Em outros casos, é necessária uma resolução espectral suficiente para distinguir as características espectrais necessárias. A varredura óptica rápida com atraso desempenha um papel fundamental para satisfazer ambas as necessidades.

Com uma varredura óptica retardada rápida, os sistemas espectrais de domínio temporal terahertz podem ser aplicados em aplicações de varredura de pontos rápidos e em fábricas que precisam detectar grandes superfícies em pouco tempo. Nesses cenários, a varredura óptica mecânica com atraso é geralmente difícil de alcançar um alto desempenho de fluxo.

Nossas vantagens

O laser de pente duplo de câmara única oferece uma solução impressionante para uma varredura de atraso óptico rápida e precisa, eliminando as limitações dos níveis de atraso mecânico. O uso do laser K2 pode melhorar significativamente o desempenho e a versatilidade do sistema THz-TDS.

Ilustração dos parâmetros de varredura de atraso óptico no sistema THz-TDS accionado por um laser de pente duplo de câmara única. Uma varredura de atraso óptico de comprimento de 1/frep é dada por uma insormonia Δfrep de cada 1/Δfrep repetida por dois freps de frequência de repetição de pente.

A supressão de ruído comum em lasers de pente duplo de câmara única garante uma precisão superior a 10 femtosgundos na linha do tempo. Este controle preciso do atraso de pulso permite a determinação precisa do espectro de alta resolução e das propriedades do material. A frequência de repetição gigahertz do laser K2 permite varredura de atraso óptico em nanossegundos. Isso é perfeito para aplicativos com necessidades de varredura de longo atraso. Mas evita o desperdício de tempo de medição em áreas sem sinal, como acontece típicamente com sistemas a laser duplo com baixa frequência de repetição.

Além disso, as propriedades de pulso curto (<100fs) do laser de pente duplo de câmara única contribuem para a ampla cobertura espectral do THz-TDS. O pente de frequência gerado pelo laser K2 pode ser convertido em pulsos THz de banda larga com a ajuda de uma antena fotocondutora de alta eficiência (PCA), fornecendo informações espectrais detalhadas dentro da largura de banda larga. Essa capacidade de caracterização sintética em frequências THz é capaz de identificar características moleculares e estruturais específicas do material.

Vantagens da K2 Photonics para a detecção de materiais

• Velocidade de digitalização rápida

O laser K2-1000 pode ser usado para digitalizar uma faixa de latência óptica significativa de 1 ns a velocidades superiores a 10 kHz.

• Alta precisão

A estrutura de câmara única e a supressão de ruído comum garantem uma precisão do nível de femtosecondos na linha do tempo durante todo o processo de varredura de atraso óptico.

• Pequeno tamanho

Sem cabos de latência mecânicos, a implementação de configurações THz-TDS de alto desempenho é significativamente simplificada.

• Alta sensibilidade

O laser de pente duplo de câmara única oferece varredura de latência óptica em largas faixas de latência e é ideal para medições de alta resolução ou inspeção de amostras grossas e complexas.