一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法，該功率校準(zhǔn)裝置包括太赫茲波源(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)、聚焦透鏡(3)、標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)以及待校功率計(jì)(5)；所述太赫茲波源(1)設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡(2)的一側(cè)，且所述太赫茲波源(1)位于所述準(zhǔn)直透鏡(2)的焦點(diǎn)處；所述聚焦透鏡(3)設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡(2)的另一側(cè)；所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)或所述待校功率計(jì)(5)在需要時(shí)設(shè)置于所述聚焦透鏡(3)的遠(yuǎn)離所述準(zhǔn)直透鏡(2)的一側(cè)的焦點(diǎn)處；所述太赫茲波源(1)和所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)都位于所述準(zhǔn)直透鏡(2)光心與所述聚焦透鏡(3)光心的連線上。所述功率校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法適用于0.5-0.7THz頻段的太赫茲波的功率校準(zhǔn)。
【專利說明】一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太赫茲波的校準(zhǔn)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波(Terahertz)是指頻率介于微波和紅外光波之間的電磁波，通常指IOOGHz至IOTHz (波長(zhǎng)3mm?30 μ m)頻段的電磁波。太赫茲波是電子學(xué)技術(shù)向光子學(xué)技術(shù)過渡的頻段。在20世紀(jì)末之前，由于缺乏穩(wěn)定可靠的輻射源和有效的探測(cè)技術(shù)，對(duì)于太赫茲波的研究長(zhǎng)期處于空白狀態(tài)，這被稱為“太赫茲間隙”。
[0003]隨著電子學(xué)技術(shù)、激光技術(shù)和新材料技術(shù)的飛速發(fā)展，太赫茲技術(shù)及其應(yīng)用取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。科研工作者研究發(fā)現(xiàn)，與其他頻段的電磁波相比，太赫茲波具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0004](I)太赫茲波的量子能量較低，頻率為ITHz的太赫茲波的量子能量大約為4meV，遠(yuǎn)低于X射線高達(dá)千電子伏量級(jí)的量子能量；太赫茲波的量子能量低于各種化學(xué)鍵的鍵能，不會(huì)對(duì)生物組織產(chǎn)生有害的電離，非常適合人體安檢；
[0005](2)太赫茲波能夠以很小的衰減率穿透陶瓷、泡沫、墻體、布料和塑料等物質(zhì)，應(yīng)用太赫茲波可對(duì)上述物質(zhì)進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)控；
[0006](3)相比于微波和毫米波，太赫茲波的波長(zhǎng)較短，因此，太赫茲波更適于獲得目標(biāo)的精細(xì)成像；
[0007](4)太赫茲頻譜區(qū)聚集了大量的頻譜特征，常見爆炸物、違禁藥品以及多種晶體和半導(dǎo)體在太赫茲頻譜區(qū)域均具有非常顯著的頻譜特征，因此，應(yīng)用太赫茲波能夠有效地對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行鑒別，其也被人們稱為物質(zhì)的“太赫茲指紋”。
[0008]上述優(yōu)點(diǎn)使得太赫茲波在反恐安檢、質(zhì)量控制和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景，也使其成為了當(dāng)今國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。
[0009]太赫茲波的功率是其最基本的參數(shù)之一，太赫茲波功率的準(zhǔn)確計(jì)量校準(zhǔn)不僅直接關(guān)系到采用太赫茲波技術(shù)的整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)以及產(chǎn)品的后續(xù)開發(fā)，而且將會(huì)影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的規(guī)范和快速成長(zhǎng)。因此，對(duì)太赫茲波的功率的校準(zhǔn)技術(shù)的研究工作具有不可替代的核心地位。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有專門用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)方法，尤其是用于0.5-0.7THz的太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的之一是提供一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置。
[0012]本發(fā)明的目的之二是提供一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)方法。
[0013]本發(fā)明提供的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置包括:
[0014]太赫茲波源，用于產(chǎn)生太赫茲波；
[0015]準(zhǔn)直透鏡，用于將來自太赫茲波源的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡光心與聚焦透鏡光心連線的太赫茲波；
[0016]聚焦透鏡，用于將來自準(zhǔn)直透鏡的太赫茲波聚焦于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)或待校功率計(jì)所在位置處；
[0017]標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)，用于測(cè)量獲得太赫茲波的第一功率值；以及
[0018]待校功率計(jì)，用于測(cè)量獲得太赫茲波的第二功率值；
[0019]所述太赫茲波源設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡的一側(cè)，且所述太赫茲波源位于所述準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處；所述聚焦透鏡設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡的另一側(cè)；所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)或所述待校功率計(jì)在需要時(shí)設(shè)置于所述聚焦透鏡的遠(yuǎn)離所述準(zhǔn)直透鏡的一側(cè)的焦點(diǎn)處；所述太赫茲波源和所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)都位于所述準(zhǔn)直透鏡光心與所述聚焦透鏡光心的連線上。
[0020]優(yōu)選地，所述太赫茲波源為返波管振蕩器。
[0021]優(yōu)選地，所述準(zhǔn)直透鏡和所述聚焦透鏡的材質(zhì)都為聚乙烯。
[0022]優(yōu)選地，所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)和所述待校功率計(jì)都為熱膨脹式太赫茲波探測(cè)器。
[0023]本發(fā)明提供的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)方法包括如下步驟:
[0024]將標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)設(shè)置于聚焦透鏡的遠(yuǎn)離準(zhǔn)直透鏡的一側(cè)的焦點(diǎn)處；
[0025]利用太赫茲波源產(chǎn)生太赫茲波；
[0026]通過準(zhǔn)直透鏡將來自太赫茲波源的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡光心與聚焦透鏡光心連線的太赫茲波；通過聚焦透鏡將來自準(zhǔn)直透鏡的太赫茲波聚焦于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)所在位置處，使得標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)能夠收集太赫茲波；
[0027]通過標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)測(cè)量獲得太赫茲波的第一功率值；
[0028]將待校功率計(jì)置于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)所在位置處，太赫茲波源、準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡的位置都保持不變；
[0029]重復(fù)所述步驟“利用太赫茲波源產(chǎn)生太赫茲波”和所述步驟“通過準(zhǔn)直透鏡將來自太赫茲波源的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡光心與聚焦透鏡光心連線的太赫茲波”;
[0030]通過聚焦透鏡將來自準(zhǔn)直透鏡的太赫茲波聚焦于待校功率計(jì)所在位置處，使得待校功率計(jì)能夠收集太赫茲波；
[0031]通過待校功率計(jì)測(cè)量獲得太赫茲波的第二功率值；
[0032]根據(jù)太赫茲波的第一功率值和第二功率值計(jì)算得到待校功率計(jì)的校準(zhǔn)因子。
[0033]優(yōu)選地，待校功率計(jì)的校準(zhǔn)因子Ku的計(jì)算公式為:
[0034]Ku = Ks 務(wù);
[0035]其中，Pbu為太赫茲波的第一功率值；Pbs為太赫茲波的第二功率值；KS為標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)的校準(zhǔn)因子的標(biāo)稱值。
[0036]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0037](I)本發(fā)明的功率校準(zhǔn)裝置適用于0.5-0.7THz頻段的太赫茲波的功率校準(zhǔn)；
[0038](2)本發(fā)明的功率校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低；
[0039](3)本發(fā)明的功率校準(zhǔn)方法基于交替比較法獲得待校功率計(jì)的校準(zhǔn)因子，適用于
0.5-0.7THz頻段的太赫茲波的功率校準(zhǔn)；
[0040](4)本發(fā)明的功率校準(zhǔn)方法操作簡(jiǎn)單，使用方便?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之一；
[0042]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的描述。
[0044]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例提供的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置包括太赫茲波源1、準(zhǔn)直透鏡2、聚焦透鏡3、標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4和待校功率計(jì)5。
[0045]太赫茲波源I設(shè)置于準(zhǔn)直透鏡2的一側(cè)，且太赫茲波源I位于準(zhǔn)直透鏡2的焦點(diǎn)處。聚焦透鏡3設(shè)置于準(zhǔn)直透鏡2的另一側(cè)。準(zhǔn)直透鏡2和聚焦透鏡3構(gòu)成低損耗準(zhǔn)光傳輸線。標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4或待校功率計(jì)5在需要時(shí)設(shè)置于聚焦透鏡3的遠(yuǎn)離準(zhǔn)直透鏡2的一側(cè)的焦點(diǎn)處。太赫茲波源I和標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4都位于準(zhǔn)直透鏡2光心與聚焦透鏡3光心的連線上。
[0046]太赫茲波源I用于產(chǎn)生太赫茲波。準(zhǔn)直透鏡2用于將來自太赫茲波源I的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡2光心與聚焦透鏡3光心連線的太赫茲波。聚焦透鏡3用于將來自準(zhǔn)直透鏡2的太赫茲波聚焦于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4或待校功率計(jì)5所在位置處。標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4用于測(cè)量獲得太赫茲波的第一功率值Pbu。待校功率計(jì)5用于測(cè)量獲得太赫茲波的第二功率值Pbs。
[0047]在本實(shí)施例中，太赫茲波源I例如為返波管振蕩器。在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡2和聚焦透鏡3的材質(zhì)例如都為聚乙烯。在本實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4和待校功率計(jì)5例如都為熱膨脹式太赫茲波探測(cè)器。
[0048]本實(shí)施例提供的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)方法采用上述功率校準(zhǔn)裝置。本實(shí)施例提供的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)方法包括如下步驟:
[0049]S1:將標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4設(shè)置于聚焦透鏡3的遠(yuǎn)離準(zhǔn)直透鏡2的一側(cè)的焦點(diǎn)處，如圖1所示；
[0050]S2:利用太赫茲波源I產(chǎn)生太赫茲波；
[0051]S3:通過準(zhǔn)直透鏡2將來自太赫茲波源I的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡2光心與聚焦透鏡3光心連線的太赫茲波；
[0052]S4:通過聚焦透鏡3將來自準(zhǔn)直透鏡2的太赫茲波聚焦于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4所在位置處，使得標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4能夠收集太赫茲波；
[0053]S5:通過標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4測(cè)量獲得太赫茲波的第一功率值Pbu ；
[0054]S6:將待校功率計(jì)5置于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4所在位置處，太赫茲波源1、準(zhǔn)直透鏡2和聚焦透鏡3的位置都保持不變，即用待校功率計(jì)5替換標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)4 ；
[0055]S7:重復(fù)上述步驟S2和S3 ；
[0056]S8:通過聚焦透鏡3將來自準(zhǔn)直透鏡2的準(zhǔn)直太赫茲波聚焦于待校功率計(jì)5所在位置處，使得待校功率計(jì)5能夠收集太赫茲波；
[0057]S9:通過待校功率計(jì)5測(cè)量獲得太赫茲波的第二功率值Pbs ；
[0058]SlO:根據(jù)太赫茲波的第一功率值Pbu和第二功率值Pbs計(jì)算得到待校功率計(jì)5的校準(zhǔn)因子Ku。
[0059]上述步驟SlO中，待校功率計(jì)5的校準(zhǔn)因子Ku的計(jì)算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置，其特征在于，該功率校準(zhǔn)裝置包括: 太赫茲波源(1)，用于產(chǎn)生太赫茲波； 準(zhǔn)直透鏡(2)，用于將來自太赫茲波源(1)的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡(2)光心與聚焦透鏡(3)光心連線的太赫茲波； 聚焦透鏡(3)，用于將來自準(zhǔn)直透鏡(2)的太赫茲波聚焦于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)或待校功率計(jì)(5)所在位置處； 標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)，用于測(cè)量獲得太赫茲波的第一功率值；以及 待校功率計(jì)(5)，用于測(cè)量獲得太赫茲波的第二功率值； 所述太赫茲波源(1)設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡(2)的一側(cè)，且所述太赫茲波源(1)位于所述準(zhǔn)直透鏡(2)的焦點(diǎn)處；所述聚焦透鏡(3)設(shè)置于所述準(zhǔn)直透鏡(2)的另一側(cè)；所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)或所述待校功率計(jì)(5)在需要時(shí)設(shè)置于所述聚焦透鏡(3)的遠(yuǎn)離所述準(zhǔn)直透鏡(2)的一側(cè)的焦點(diǎn)處；所述太赫茲波源(1)和所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)都位于所述準(zhǔn)直透鏡(2)光心與所述聚焦透鏡(3)光心的連線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述太赫茲波源(1)為返波管振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述準(zhǔn)直透鏡(2)和所述聚焦透鏡(3)的材質(zhì)都為聚乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)和所述待校功率計(jì)(5)都為熱膨脹式太赫茲波探測(cè)器。
5.一種用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)方法，該功率校準(zhǔn)方法采用所述權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的功率校準(zhǔn)裝置，其特征在于，該功率校準(zhǔn)方法包括如下步驟: 將標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)設(shè)置于聚焦透鏡(3)的遠(yuǎn)離準(zhǔn)直透鏡(2)的一側(cè)的焦點(diǎn)處； 利用太赫茲波源(I)產(chǎn)生太赫茲波； 通過準(zhǔn)直透鏡(2)將來自太赫茲波源(1)的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡(2)光心與聚焦透鏡(3)光心連線的太赫茲波；通過聚焦透鏡(3)將來自準(zhǔn)直透鏡(2)的太赫茲波聚焦于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)所在位置處，使得標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)能夠收集太赫茲波； 通過標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)測(cè)量獲得太赫茲波的第一功率值； 將待校功率計(jì)(5)置于標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)(4)所在位置處，太赫茲波源(1)、準(zhǔn)直透鏡(2)和聚焦透鏡(3)的位置都保持不變； 重復(fù)所述步驟“利用太赫茲波源(1)產(chǎn)生太赫茲波”和所述步驟“通過準(zhǔn)直透鏡(2)將來自太赫茲波源(1)的太赫茲波準(zhǔn)直成傳播方向平行于準(zhǔn)直透鏡(2)光心與聚焦透鏡(3)光心連線的太赫茲波”； 通過聚焦透鏡(3)將來自準(zhǔn)直透鏡(2)的太赫茲波聚焦于待校功率計(jì)(5)所在位置處，使得待校功率計(jì)(5)能夠收集太赫茲波； 通過待校功率計(jì)(5)測(cè)量獲得太赫茲波的第二功率值； 根據(jù)太赫茲波的第一功率值和第二功率值計(jì)算得到待校功率計(jì)(5)的校準(zhǔn)因子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于太赫茲波的功率校準(zhǔn)方法，其特征在于，待校功率計(jì)(5)的校準(zhǔn)因子Ku的計(jì)算公式為:
【文檔編號(hào)】H04B10/07GK103634044SQ201310624828
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】石凡, 張振偉, 崔永順, 趙環(huán), 王暖讓, 楊仁福, 年豐, 楊春濤, 葛軍, 楊于杰, 馮克明 申請(qǐng)人:北京無線電計(jì)量測(cè)試研究所