今年来，已经研发了多种产生和探测太赫兹辐射的方法，且许多方法仍在持续研发中。在此，我们将讨论这些方法，并特别关注光谱学中应用得最多的方法。太赫兹辐射源可以大概分为两种：宽频段源和连续波源。宽频段源基于超短光脉冲转化为几个周期太赫兹脉冲实现，而连续波源的光谱窄得多。常用的探测方法来检测。许多其他种类的探测器主要依赖于检测由吸收太赫兹辐射造成的温升，或者一些情况直接探测太赫兹光子。

一、宽带太赫兹脉冲的产生与探测

以前开展的太赫兹辐射产生及探测的工作都是应用Auston开关，这种材料的电导率强烈地依赖于光电导 材料的光照，当光辐射的短脉冲打开了开关，一个相应的具有太赫兹范围内频率的短电脉冲就产生了。这项工作由在IBM研究中心拓展并发展成一个系统，此系统用飞秒激光脉冲产生并探测自由空间的太赫兹辐射。

二、飞秒激光系统

应用最广泛的太赫兹光谱系统是基于模式锁定激光器的飞秒脉冲。模式锁定技术能产生短的，高能的和周期性激光脉冲。拥有宽增益介质的激光腔支持在许多腔膜上发射激光。然而在自由运转的激光器中，这些腔膜没有特定的相位关系，并且随着时间变化的激光输出结果会在随机的短时间内在一个平均水平上波动。在模式锁定激光器中，所有腔模式都被迫有一个固定的相位关系。当这些腔膜叠加时，结果时一个持续时间为腔往返时间的单脉冲。几种现存的方法都可以导致锁模。在主动锁模中，腔的损耗在腔往返时间被调制。在被动所模中，一种可以减少更多强烈脉冲造成损失的元素被引入腔中，常用的技术是克尔透镜或者饱和吸收器。

从模式锁定激光器理论中可以得到一个关键结论，即对于任何脉冲来说，时间带宽积必须服从关系式：

其中△v是激光器的光谱带宽，△r是锁定脉冲的持续时间。因此，为了达到最短的脉冲，就要求一个大的光谱带宽。最常见的材料时渗钛的氧化铝，此材料具有特别大的光谱带宽，从650mm至1100mm。并且渗钛蓝宝石也具有高导热度，从而允许高的光泵浦。其他通常应用于飞秒激光系统的激光增益介质，包括铷玻璃，渗銣玻璃，渗镱玻璃和渗铒光纤。最近，以光纤为基础的飞秒系统引起了人们的兴趣，因为这样的系统尺寸小，成本低。

三、产生及探测宽带脉冲的总体方案

本文谈到的所有产生及探测太赫兹辐射的方法都采用了相同基础实验装置。来自飞秒激光器的一个脉冲在分束器中被分开了，我们称之为“泵”的一部分脉冲，进入太赫兹发射器，并且产生一个单周期太赫兹辐射。太赫兹脉冲被收集并传送到样本，在样本中，太赫兹脉冲集中在太赫兹接收器上。与此同时，飞秒脉冲的其他部分在聚焦到太赫兹接收器前，会经过一个可变时延。

针对这个方案，有几点值得注意。探测器只有在探测脉冲和太赫兹场同时存在的时候才能记录到信号。并且，对于本节讨论的探测器，信号是与太赫兹脉冲的电场成比例的。与太赫兹场相比，探测脉冲较短，这样的设置会有效采样太赫兹电场的值，并且其分辨率取决于飞秒脉冲的宽度。通过改变探测脉冲的时延，太赫兹场采样点的值会改变，因此通过记录一个作为时延的函数的探测器的赫兹脉冲的电场被记录下来，就可以进行傅里叶转换从而获得脉冲的振幅和相位。因为傅里叶变换，可得频率分辨率为,其中△r是电场的时间分辨率，时间分辨率由延时阶段的步长决定。最后，通过将有样本和没有样本的太赫兹脉冲进行比较，我们可以得到太赫兹吸收谱和此样本中呈现的色散。

此系统很重要的一个部分是探测器的门特性，只有当飞秒脉冲呈现出来时才可以检测到太赫兹脉冲。这让该系统拥有了时间分辨率，但同时也让探测器对背景辐射不敏感。由于飞秒激光器的重复率通常很高，每个时间点的电场将在许多飞秒脉中中平均开。由于探测器对电场很敏感，与飞秒源不同相位的辐射源平均值一定为零。这就保证了探测器对背景辐射不敏感，这些类型的太赫兹系统可以呈现出非常高的信噪比。