Optimisation and Benchmarking of a Terahertz Time-Domain Spectrometer
Translated title
Optimering og Benchmarking af et Tidsdomæne Terahertzspektrometer
Author
Kristensen, Mathias Hedegaard
Term
4. term (FYS10)
Education
Publication year
2017
Submitted on
2017-06-08
Pages
64
Abstract
Dette speciale har til formål at optimere og benchmarke et terahertz (THz) tidsdomæne-spektrometer baseret på bredbåndede THz-pulser genereret og detekteret med fotoledende antenner, som blev designet og opbygget i et tidligere projekt. Først gennemgås det teoretiske grundlag fra Maxwells ligninger over principperne i THz-tidsdomænespektroskopi til de konkrete mekanismer for fotogenerering og -detektion af THz-pulser, efterfulgt af dataanalyse og lock-in-forstærkning. Eksperimentelt blev spektrometerets optik og dataopsamling justeret, der blev udviklet software til mere ensartet analyse, og indstillinger for både skan og lock-in-forstærker blev systematisk testet for at etablere et sæt standardindstillinger. Som benchmark blev den smalle og stærke absorptionssignatur for α-lactosemonohydrat ved 0,53 THz karakteriseret, og den overordnede ydeevne blev vurderet. Resultaterne viser, at spektrometeret fungerer korrekt i et bånd fra ca. 0,2 til ~1,4 THz, begrænset af kilden, og at dataanalysen er implementeret korrekt; lactosemålingen blev reproduceret med høj præcision med verificeret centrefrekvens og linjebredde, mens ydeevnen i øvrigt var påvirket af en kilde med tegn på beskadigelse. Arbejdet leverer et stabilt udgangspunkt for fremtidige studier af fotokonduktive antennedesigns og parameterindflydelser.
This thesis aims to optimize and benchmark a terahertz (THz) time-domain spectrometer based on broadband THz pulses generated and detected with photoconductive antennas, previously designed and built in an earlier project. It first outlines the theoretical foundations—from Maxwell’s equations and the general principles of THz time-domain spectroscopy to the mechanisms of photoconductive THz generation and detection—followed by data analysis and lock-in amplification. Experimentally, the spectrometer’s optics and data acquisition were adjusted, software was developed for consistent analysis, and scan and lock-in amplifier settings were systematically tested to establish default operating parameters. As a benchmark, the narrow, strong absorption signature of α-lactose monohydrate at 0.53 THz was characterized, and overall performance was evaluated. The results show correct spectrometer operation across approximately 0.2 to ~1.4 THz, limited by the source, and confirm that the data analysis is implemented correctly; the lactose measurement was reproduced with high precision with verified center frequency and linewidth, while overall performance was influenced by a source showing signs of damage. The work provides a reliable platform for future studies of photoconductive antenna designs and parameter effects.
[This summary has been generated with the help of AI directly from the project (PDF)]
Documents