Optimum Optical Designs for Diffraction-Limited Terahertz Spectroscopy and Imaging Systems Using Off-Axis Parabolic Mirrors
Optimum Optical Designs for Diffraction-Limited Terahertz Spectroscopy and Imaging Systems Using Off-Axis Parabolic Mirrors
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使用离轴抛物面镜的衍射限制太赫兹光谱和成像系统的最佳光学设计
DOI：
10.1007/s10762-023-00949-8
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Chopra N
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chopra N
离轴抛物面反射镜(OAPM)由于其宽带、低损耗和高数值孔径等优点，被广泛应用于太赫兹和毫米波的光谱和成像领域。然而，OAPM的非球面形状产生了显著的几何像差：这使得实现衍射受限性能成为一个挑战，并降低了焦平面内的峰值电场强度。在这里，我们量化几何像差对最广泛使用的光谱仪设计的性能的影响，通过使用光线跟踪和物理光学计算来研究是否可以在样品和探测器平面上实现衍射限制性能。我们确定了基于边缘光线传播的简单规则，这些规则允许设计出对未对准误差更稳健的光谱仪，并且对THz光束具有最小的像差。对于给定的光源，这允许设计出具有尽可能高的太赫兹电场强度的最小太赫兹光束焦斑的光路。这对于改进的太赫兹成像、线性太赫兹光谱和光泵太赫兹探测光谱中的更好的信噪比以及在非线性太赫兹光谱中获得更高的电场强度是可取的。
Off-axis parabolic mirrors (OAPMs) are widely used in the THz and mm-wave communities for spectroscopy and imaging applications, as a result of their broadband, low-loss operation and high numerical apertures. However, the aspherical shape of an OAPM creates significant geometric aberrations: these make achieving diffraction-limited performance a challenge, and lower the peak electric field strength in the focal plane. Here, we quantify the impact of geometric aberrations on the performance of the most widely used spectrometer designs, by using ray tracing and physical optics calculations to investigate whether diffraction-limited performance can be achieved in both the sample and the detector plane. We identify simple rules, based on marginal ray propagation, that allow spectrometers to be designed that are more robust to misalignment errors, and which have minimal aberrations for THz beams. For a given source, this allows the design of optical paths that give the smallest THz beam focal spot, with the highest THz electric field strength possible. This is desirable for improved THz imaging, for better signal-to-noise ratios in linear THz spectroscopy and optical-pump THz-probe spectroscopy, and to achieve higher electric field strengths in non-linear THz spectroscopy.
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DOI：
10.1063/5.0046664
发表时间：
2021-03
期刊：
The Journal of chemical physics
影响因子：
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作者：
K. Reimann;M. Woerner;T. Elsaesser
通讯作者：
K. Reimann;M. Woerner;T. Elsaesser
用于多焦点太赫兹成像系统的微镜
DOI：
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发表时间：
2006
期刊：
影响因子：
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作者：
C. Jördens;M. Salhi;T. Hasek;G. Thorwirth;U. Böttger;M. Koch
通讯作者：
M. Koch
DOI：
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发表时间：
2014
期刊：
International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves
影响因子：
--
作者：
S. Sung;J. Garritano;N. Bajwa;B. Nowroozi;W. Grundfest;Z. Taylor
通讯作者：
Z. Taylor
太赫兹装置中 90° 离轴抛物面镜的最佳布置
影响因子：
3.1
作者：
C. Brückner;G. Notni;A. Tünnermann
通讯作者：
A. Tünnermann
多像素光电导发射器，用于可控生成方位角和径向太赫兹光束。
影响因子：
3.8
作者：
J. Deveikis;J. Lloyd‐Hughes
通讯作者：
J. Lloyd‐Hughes