太赫茲探測器參數(shù)測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種太赫茲測量裝置及測量方法，尤其 涉及一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，太赫茲技術(shù)是國內(nèi)外重點(diǎn)研宄的交叉性前沿高新技術(shù)，在安檢、反恐、深 空探測、末端通信、醫(yī)學(xué)、物質(zhì)檢測等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。其中太赫茲探測器的研制、生 產(chǎn)是制約太赫茲成像探測、通信等領(lǐng)域研宄的關(guān)鍵難題。
[0003] 太赫茲探測器主要包括Golay探測器、Bolometer探測器、Thomas探測器、熱釋電 太赫茲探測器、肖特基二極管、太赫茲脈沖光電導(dǎo)探測天線、太赫茲外差探測器等，這幾種 太赫茲探測器波段范圍覆蓋了整個(gè)太赫茲波段（0. 1~10) THz，即（30~3000) μ m，且響應(yīng) 度有很大差異。因此，在各種太赫茲探測器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用過程中，迫切需要對(duì)不同響 應(yīng)度的太赫茲探測器功率參數(shù)分別進(jìn)行測量，為太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)研宄提供量值保障。
[0004] 目前，公開的太赫茲探測器參數(shù)測量方法只有德國國家計(jì)量研宄所（PTB)進(jìn)行了 研宄，其方法是采用黑體作為太赫茲輻射源，黑體發(fā)出的輻射經(jīng)斬波器調(diào)制成周期性變化 的方波，經(jīng)過太赫茲光譜濾光片入射到太赫茲探測器上，測量計(jì)算出太赫茲熱釋電探測器 的響應(yīng)度值。該響應(yīng)度值由黑體的輻射亮度、輻射孔徑面積、黑體與探測器之間的距離、太 赫茲熱釋電探測器的輸出電壓值計(jì)算得到。由于這種方法是通過測量相關(guān)參數(shù)，結(jié)合數(shù)學(xué) 模型計(jì)算得到響應(yīng)度值的，數(shù)學(xué)模型自身的誤差會(huì)導(dǎo)致得到的響應(yīng)度值不夠精確。另外該 方法中的實(shí)驗(yàn)裝置是在常溫環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)存在很大的背景紅外輻射，因而對(duì)測量結(jié) 果也會(huì)有很大干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置及測 量方法，具有絕對(duì)響應(yīng)度的標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器和待測太赫茲探測器比對(duì)測量方法實(shí)現(xiàn)對(duì)熱 釋電太赫茲探測器、Golay探測器、Bolometer探測器、Thomas探測器等多種太赫茲探測器 的測量，且在測量時(shí)采用真空低溫背景通道屏蔽雜散輻射，采用光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚太赫茲輻射， 相比于德國PTB的裝置在常溫環(huán)境中測量提高了測量信噪比和準(zhǔn)確度。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007] 所述一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置，其特征在于：包括光源系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、探 測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理模塊；所述光源系統(tǒng)包括參考太赫茲源、低溫輻射黑體；光學(xué)系統(tǒng)包括 將太赫茲輻射調(diào)制成周期性變化方波的斬光片、將太赫茲輻射準(zhǔn)直為平行光的離軸拋物面 鏡、可變光闌、真空低溫背景通道；探測系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器、待測太赫茲探測器和 鎖相放大器；
[0008] 光源系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)中除了真空低溫背景通道的其他部件均在真空低溫背景通道 內(nèi)；參考太赫茲源以及低溫輻射黑體的發(fā)光位置均在離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)上；斬光片位于 光源系統(tǒng)與離軸拋物面鏡的光路上，斬光片按照設(shè)定頻率旋轉(zhuǎn)，交替將參考太赫茲源的輻 射信號(hào)與低溫輻射黑體的輻射參考信號(hào)引入光路；離軸拋物面鏡的出射平行光射入可變光 闌，可變光闌實(shí)現(xiàn)射入標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器和待測太赫茲探測器的光束孔徑相同；標(biāo)準(zhǔn)太赫 茲探測器以及待測太赫茲探測器的輸出信號(hào)經(jīng)鎖相放大器輸入給數(shù)據(jù)處理模塊。
[0009] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置，其特征在于：光學(xué)系統(tǒng) 中還包括有可移動(dòng)的用于會(huì)聚太赫茲輻射的太赫茲透鏡，當(dāng)待測太赫茲探測器內(nèi)部無光錐 時(shí)，太赫茲透鏡移入離軸拋物面鏡與可變光闌之間的光路中。
[0010] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置，其特征在于：參考太赫 茲源分為用于提供弱太赫茲輻射的太赫茲變溫黑體和用于提供強(qiáng)太赫茲輻射的太赫茲肖 特基放大倍頻源；標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器分為低溫輻射計(jì)和Thomas熱探測器；當(dāng)參考太赫茲 源采用太赫茲變溫黑體時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器采用低溫輻射計(jì)，參考太赫茲源采用太赫茲 肖特基放大倍頻源時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器采用Thomas熱探測器；光學(xué)系統(tǒng)中包括可移動(dòng)的 平面反射鏡，平面反射鏡根據(jù)需要控制太赫茲變溫黑體或太赫茲肖特基放大倍頻源進(jìn)入光 路。
[0011] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置，其特征在于：當(dāng)待測 太赫茲探測器的響應(yīng)功率上限小于10 μ W時(shí)，參考太赫茲源采用太赫茲變溫黑體，當(dāng)待測 太赫茲探測器的響應(yīng)功率上限不小于10 μ W時(shí)，參考太赫茲源采用太赫茲肖特基放大倍頻 源。
[0012] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置，其特征在于：光學(xué)系統(tǒng) 中還包括濾光片轉(zhuǎn)輪，濾光片轉(zhuǎn)輪位于參考太赫茲源與斬光片之間的光路中，濾光片轉(zhuǎn)輪 包括多個(gè)對(duì)應(yīng)不同太赫茲窄帶光譜段的濾光片。
[0013] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種太赫茲探測器參數(shù)測量裝置，其特征在于：低溫輻射 黑體采用液氮制冷黑體，真空低溫背景通道殼體分為兩層，殼體內(nèi)外層之間通過注入液氮 制冷，真空低溫背景通道真空度至少達(dá)到l〇_ 4mbar。
[0014] 所述一種利用上述裝置進(jìn)行太赫茲探測器參數(shù)測量的方法，其特征在于：采用以 下步驟：
[0015] 步驟1 :關(guān)閉參考太赫茲源，斬光片以頻率f將真空低溫背景通道的背景輻射和低 溫輻射黑體的輻射交替引入光路，由標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器接收，并由鎖相放大器得到背景輻 射電壓信號(hào)\j，j = 1，2,…，M，M為測量次數(shù)；
[0016] 步驟2 :打開參考太赫茲源，斬光片以頻率f將參考太赫茲源輻射和低溫輻射黑體 的輻射交替引入光路，由標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器接收，并由鎖相放大器得到電壓信號(hào)V tllij;
[0017] 步驟3 :將標(biāo)準(zhǔn)太赫茲探測器移出光路，將待測太赫茲探測器移入光路；斬光片以 頻率f將參