近几十年来，太赫兹光学研究引起了广泛关注。但是因为缺乏有效的太赫兹辐射源和探测器，该技术研究在很长一段时间受到限制。超快光学的发展使得宽谱太赫兹源开始普及，太赫兹技术迅速发展。近期出现的单色太赫兹辐射源（量子级联激光，半导体激光，回旋管，自由电子激光）使得太赫兹应用得以进一步拓展，如材料结构光谱分析，扫描成像系统，雷达，通讯系统，气体电离等等。在很多应用中，高功率太赫兹辐射源也是必需的。
近期，来自俄罗斯新西伯利亚国立大学的研究人员总结了近 15 年来使用新西伯利亚自由电子激光器在太赫兹全息方面的研究成果，以“Holography with high-power CW coherent terahertz source: optical components, imaging, and applications” 发表在 Light: Advanced manufacturing。
文章首先介绍了他们研究中所使用的高功率太赫兹辐射源和成像探测器；然后展示了太赫兹全息的记录和重建图像；随后重点介绍了太赫兹波段的衍射光学元件；最后总结展望了太赫兹全息应用。
新西伯利亚自由电子激光器（Novosibirsk free electron laser , NovoFEL) 是一个位于西伯利亚同步加速器和太赫兹辐射研究中心的大型设备。目前，它被用作一个单色高功率太赫兹辐射源。NovoFEL 工作在准连续模式，其发射脉冲为 100 ps，发射频率为 5.6 MHz。根据其工作波段的不同，NovoFEL 的发射功率为 10~200 mW。太赫兹光模式接近高斯，其发散角为 0.003 rad。NovoFEL 有三个不同的谐振器，使其可产生的辐射波长覆盖 8-10，40-80，和 90-340 um。在该综述中，大部分实验所用波段在 130-150 um，辐射谱宽为发射波长的 0.3-1%。
在太赫兹波段，探测器是一个至关重要的器件。在本综述中，研究人员重点介绍了 5 款他们所研发和使用的太赫兹探测器。
（1）热敏干涉仪（Thermal sensitive interferometer, TSI）
TSI 主要原理：太赫兹波照射薄玻璃板后产生热，导致玻璃板折射率改变，另一束可见光搭建的干涉仪来测量该折射率改变，从而探测太赫兹光强及其分布。
TSPP 主要原理：荧光热淬灭，汞灯照射荧光板发光，太赫兹光源入射到荧光板上产生热，导致荧光热淬灭，通过探测荧光的强度来反映太赫兹辐射源强度。
（3）热成像仪（Thermal imager, TI)
MBA是用作热像仪中的探测器的特定类型的测辐射热计。太赫兹辐射撞击检测器材料，使其发热，从而改变其电阻。测量此电阻变化即可测量太赫兹辐射强度。
这些探测器主要参数如表1和图1所示：
表1太赫兹探测参数@140um (星号代表像素尺寸)
图1：太赫兹成像探测器
太赫兹全息原理和传统可见光全息原理一样，都是基于衍射理论。文中利用了Rayleigh-Sommerfeld 算法对太赫兹全息进行重建。图2展示 In-line 和 off-axis 太赫兹全息图。相比于 off-axis 全息，In-line 全息有更大的视场和更高的分辨率，但也带来了更强的零级衍射。
图2：太赫兹全息记录和重建方案
在计算全息中，需要通过全息板 （通常为衍射光学元件）来产生衍射图像。太赫兹全息同样如此，但太赫兹波段的衍射光学元件有特殊需求，如制造材料在太赫兹波段的透过率，以及是否可以耐受高功率太赫兹辐射。本文整理了制造太赫兹波段衍射光学元件的材料，制造方法及其种类。
（2）硅（silicon），宝石（diamond）材料：可耐受高功率，通常会在两面镀上Parylene C 以减少菲涅尔损耗。
方法：
（1）光刻（lithography）
（2）激光切割（laserablation）
（1）二进制透镜（Binary lenes）：容易制造，但是衍射效率低，理论效率最高为41%
（2）连续轮廓透镜（Continuous profile lenses）：制造更为复杂，衍射效率高
图3：不同材料和不同种类的衍射透镜机器聚焦效果
除了利用衍射光学元件对太赫兹光进行聚焦之外，还可通过实现对太赫兹光的幅度和相位调控，以产生如厄米高斯，贝塞尔等更多自由度的光束。这些光束对拓展太赫兹波段的应用非常重要。
（4）涡旋表面等离子体激元
未来，利用高功率如 NovoFEL 和 MBA 探测器有望实现太赫兹动态全息。并且得益于太赫兹的长波长特性，利用可调谐的太赫兹激光器可以在更宽范围上研究相干辐射和亚波长尺度结构的相互作用，而这在可见光波段是很难实现的。
Choporova et al. Light: Advanced Manufacturing (2022)3:31
https://doi.org/10.37188/lam.2022.031
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