Design and implementation of a terahertz time-domain spectrometer

This thesis reports on the design, development and characterization of a time-domain Terahertz spectrometer which relies on a pair of photoconductive antennas for both emission and detection of the Terahertz radiation. The system is pumped by an ultrafast Kerr lens mode locked Ti:Sapphire laser at 800 nm with a 250 Mhz pulse repetition rate. The spectrometer has been characterized in terms of dynamic range, signal to noise ratio, detection bandwidth and spectral resolution, while different experimental parameters and signal processing techniques have been tested to optimize the raw signal. The spectrometer has been eventually used to carry out measurements of transmission function, refractive index and absorption coefficient on an heterogeneous set of materials encompassing plastic, paper, Gallium Phosphide and edible oils.

Questa tesi riporta il design, lo sviluppo e la caratterizzazione di uno spettrometro Terahertz nel dominio del tempo basato su una coppia di antenne fotoconduttrici per l'emissione e la rilevazione della radiazione Terahertz. Il sistema è pompato ad 800 nm da un laser Titanio in zaffiro ultraveloce in regime di mode-locking per effetto Kerr, con un frequenza di ripetizione degli impulsi pari a 250 MHz. Lo spettrometro è stato caratterizzato in termini di gamma dinamica, rapporto segnale-rumore, ampiezza di banda di rilevazione e risoluzione spettrale, mentre differenti parametri sperimentali e tecniche di processazione del segnale sono state testate al fine di ottimizzare il segnale acquisito. Lo spettrometro è stato infine usato per effettuare misurazioni di funzione di trasmissione, indice di rifrazione e coefficiente di assorbimento su un insieme eterogeneo di materiali comprendente plastica, carta, fosfuro di gallio e olii commestibili.