用于超快动力学光泵-太赫兹探测的微扰传输矩阵方法

超快光激发在材料中引发一系列动力学过程。其中有趣的一类是在皮秒时间尺度内展开的动力学，对应于太赫兹频率范围。在这一极短时间尺度内，材料的性质及其对电磁场的响应发生动态变化。因此，任何用于探测材料的太赫兹辐射都会与多层结构相互作用，在单个光学周期内经历介电响应的时变修正（在自旋电子学太赫兹发射体中产生的太赫兹辐射也会出现非常类似的情形）。这种相互作用超出了典型的准静态方法范畴。因此，准确描述太赫兹辐射与非平衡多层结构的全部相互作用至关重要。我们在此发展了称为PTMM（微扰传输矩阵方法）的理论框架，以精确建模太赫兹的产生及其与介电性质发生超快变化的多层结构的相互作用。该分析使我们提出两种利用太赫兹时域光谱的新方法。我们将首先展示，对时间分辨光泵-太赫兹探测谱的简单分析不仅能给出慢于太赫兹脉冲宽度的过程的时间尺度，还能精确测量亚皮秒及更快过程的时间尺度。此外，我们将该方法应用于太赫兹探测的自旋电子学太赫兹发射体，并计算所产生的太赫兹与太赫兹探测脉冲之间的干涉。我们将展示，对延迟分辨透射谱的分析可直接测量激光激发与自旋电流峰值之间的时间距离，从而对超快自旋-电荷转换机制提供前所未有的洞察。