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Part 1Scanning THz waveform analyzer標準作業程序 雷射參數:l 4-pass輸出400 mW。l Probe beam：CCD2 得到的probe beam profile peak intensity須小於183 counts，DC背景約30 counts ( with filter NG4-1、NG9-2、NG3-2)；脈衝長度30fs。l Pump beam：50 mW；脈衝長度30fs。注意事項：Probe beam 與pump beam能量不可超過上述標準，否則有打壞ZnTe晶體的危險，請操作人與使用人注意。光學元件參數標記:l Compressor中的分光鏡：R =80 %。l /2波長板角度：265(P)。l glan polarizer角度：245(P)。l ZnTe (size：5x5x0.3 mm)角度：190。l ZnTe (size：20x20x1 mm)角度：233。l /4波長板角度：168。l Wollaston prism角度：248。l Pump beam grating position：650m (當pump beam 脈衝長度為30fs)。l ZnTe crystal damage threshold：3 mJ/cm2 with 800 nm。l THz反射率：JML mirror：90%。ITO：26%Protected Au coating on Al substrate：99%實驗操作流程如下：步驟1. 光路校準Probe beam: (1) 將probe beam出compressor的iris圈小至產生適當對光大小繞射條紋。(2) 調整反射鏡M1與M2將光對過光圈I1與I2。(3) 反覆調整反射鏡M1與M2至光路準直。(4) 調整反射鏡M3與M4將光對過光圈I3與I4。(5) 反覆調整反射鏡M3與M4至光路準直(6) 將probe beam出compressor的iris全開。Pump beam:(1) 將pump beam出compressor的iris圈小至產生適當對光大小繞射條紋。(2) 調整反射鏡M1與M2將光對過光圈I1與I2。(3) 反覆調整反射鏡M1與M2至光路準直。(4) 將pump beam出compressor的iris全開。注意事項: 對光前先確認產生THz晶體O1已移除且偵測THz的晶體O2有貼卡片擋住光；對光時，probe beam energy tuner約開到5000，pump beam energy tuner約開到3000。步驟2. Pump與Probe beam的空間疊合(1) 安裝產生THz的晶體,並用IR viewer對反射光回I1。(2) 於probe beam光路上放置NG3-1 filter。(3) 使用CCD 1做遠的空間疊合(調整ITO)。(4) 立起flip F1,將光導到CCD 2做近的空間疊合(調整M5)。(5) 重複步驟(3)、(4)直到完成空間疊合。注意事項: 對於probe beam來說，ITO玻璃有兩個反射面，第二個反射面的空間疊合才是我們需要的，因此以觀測螢幕的方向來說，左側的影像才為我們做空間疊合的目標，如下圖所示。步驟3. Pump與Probe beam的時間疊合(1) 使用CCD 1觀測pump與probe beam的干涉條紋影像。(2) Probe beam delay line的電動平移台連接到Oriel Encoder Mike的Y axis。(3) 用Labview 8.0開啟程式”LaserControl_v05.llb”，利用程式控制平移台位置來抓干涉(粗抓step可用50，細抓step可用5)，干涉條紋最清楚的平移台位置定為零點。(4) 程式停止。(5) 將power meter放在產生THz的晶體O1前校正pump beam能量，要注意入射O1的能量不能超過50mW (ZnTe damage threshold: 3 mJ/cm2 with 800 nm)。注意事項: 做空間疊合提到的ITO兩個反射面問題在時間疊合仍存在，兩個反射面的干涉條紋影像並不同，詳細可參考標準作業影片。我們的經驗是找到第二個反射面的干涉條紋後再將平移台動-900m可找到第一個反射面干涉條紋。步驟4. 準備Balanced detector(1) Probe beam energy tuner 降到0，接著才可移除晶體O2的擋光卡片。 (2) 使用probe beam光路上的反射鏡M6與M7對過光圈I6與I7。(3) 確認打在Balanced detector的光點有完整被chip收進去且沒有被任何元件削光。(4) 在產生THz的晶體O1後放上THz pass filter (MICROTECH)。(5) Balanced detector上的output M+接到示波器(Tektronix TDS 3054B)的CH1，M-接到CH3，以CH2當作trigger source。(6) 示波器接上網路線(可從示波器面板測試示波器是否與網路連線成功，方法如下：push utility buttonpush system bottom button選擇system I/oEthernet Network SettingChange Instrument Setting (此時Instrument IP Address所顯示的即是示波器連接上的IP位置，並記下此IP，之後輸入擷取程式) OK AcceptTest connection顯示OK即完成網路測試)。注意事項: 透過示波器來觀測只放pump beam還未放probe beam前要將M+與M-的雜散光訊號擋至低於5mV。放probe beam後M+與M-訊號約200mV。步驟5. 存取數據(1) 開啟程式” LaserControl_v05.llb”，將平移台動到適當位置(掃小範圍動-25m，大範圍動-300m)(2) 開啟程式” balanced detector(存每個點)_v2.vi”(3) 程式參數設定:VISA resource name: 輸入示波器所接的網路線IP位置(ex TCPIP:192.168.0.75)共取幾個delay: 小範圍輸入30，大範圍輸入240(12 ps)往前Length(m): 7.5一個delay取幾發: 10Number of average：6設定完存檔路徑後便可執行程式注意事項: 程式面板中的Live trace顯示即時每一發數據而Average trace為顯示每個delay平均的數據。程式面板中的存檔路徑與檔案名稱對應所存的檔案是每個delay平均的數據，而存檔路徑2與檔案名稱2對應的檔案是將每一發的結果記錄下來，存檔路徑3與4分別存下M+與M-的資料。故障排除問題原因解決辦法1.偵測不到THz訊號或偵測到的THz電場強度過低(pump能量50 mW時，訊號變化量應有10%)。可能原因如下:(1) Probe beam delay line的電動平移台不會動。(2) 時間或空間疊合跑掉。(3) 時間疊合的干涉條紋抓錯個。(4) 雷射光沒有完整收到balanced detector chip。(5) 光學元件角度沒有在正確位置。(6) OAP聚焦沒聚好(1) 平移台訊號線問題或 者需要重開電腦。(2) 、(3) 重新檢查時間與空間疊合，請參考步驟2與步驟3。(4) 用IR viewer重新確認雷射光有完整被balanced detector的chip收進去。(5) 參考光學元件標記確認每個元件角度。(6) 移除ITO玻璃，架成像系統檢查pump beam經過OAP的聚焦情況。未放ZnTe晶體前pump beam可聚到約7.3m，下圖為放ZnTe晶體後聚焦點的image。Part 2Single-shot THz waveform analyzer標準作業程序 步驟1. 光路校準Pump beam:(1) 請參考Part 1步驟1 Pump beam的光路校正。(2) 放置產生THz的晶體於O1,並用IR viewer對反射光回I1。Long probe beam: (1) 請參考Part 1步驟1 Probe beam的光路校正。注意事項: 由於Short probe beam delay平移台還會進行調整，因此Short probe beam等抓完時間疊合再進行對光。步驟2. Pump與Long probe beam的空間疊合(1) 請參考Part 1步驟2.步驟3. Pump與Long probe beam的時間疊合(1) 使用CCD1觀測pump與long probe beam通過BBO晶體的干涉條紋。(2) Probe beam delay line的電動平移台連接到Oriel Encoder Mike的Y axis。(3) 用Labview 8.0開啟程式”LaserControl_v05.llb”，利用程式控制平移台位置來抓干涉(粗抓step可用50，細抓step可用5)。(4) 干涉的位置放在long probe beam的中心並將此點設為零點(干涉範圍約380m)。(5) 程式停止。注意事項: 由於ITO有兩個反射面，正確的干涉條紋應為較寬的影像而非細條紋的影像。抓時間干涉其中一道beam是長脈衝因此需藉由BBO來找干涉條紋。步驟4. 光路校準Short probe beam:調整反射鏡M3與M4將光對過光圈I3與I4。Long probe beam:(1) 調整反射鏡M5與M6將光對過光圈I5與I6。(2) 將power meter放在產生THz的晶體O1前校正pump beam能量，要注意入射O1的能量不能超過50mW(ZnTe damage threshold: 3 mJ/cm2 with 800 nm)。步驟5. Short probe beam與Long probe beam的時間疊合(1) 用USB線連接電腦與diode array。(2) diode array接上與雷射同步的trigger訊號。(3) 用Labview 7.1開啟程式”SSA(single shot version).llb”，點選”contiuously save file from detector array.vi”，程示面板如下圖:(4) 執行程式之後即可在面板上的”continuously scan”看到diode array的訊號。(5) 調整short probe beam delay line平移台與最佳化BBO晶體位置及角度將訊號調整至最大。(6) Probe beam energy tuner 降到30。(7) 插上偵測THz的晶體O2。(8) 再次調整short probe beam delay line平移台將訊號調整至最大。(9) 關閉程式。注意事項: trigger訊號要設定High Z impedance，若diode array訊號的count不對要設定DG535的delay。步驟6. 存取數據(1) 用Labview 7.1開啟程式”SSA(single shot version).llb”，點選”contiuously save file from detector array.vi”。(2) 參數設定:是否存檔:請點選。Dark current:請點選。Numeric:輸入要取幾發去作平均。Save path：輸入存取平均後的訊號結果的路徑。Save path 2:存取每一發訊號結果的路徑。(3) 參數設定完畢即可執行程式。注意事項:Labview的面板中的”Average autocorrelation trace”為平均後的結果，stan