[發明專利]絕對型太赫茲輻射計

有效

• 申請號: 201410128857.1
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103868588A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 鄧玉強;孫青;于靖
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及太赫茲輻射參數測量技術領域，特別是一種絕對型太赫茲輻射功率計或太赫茲輻射能量計。

背景技術

太赫茲是指頻率位于0.1-10THz的電磁輻射，在電磁波譜上位于光學的紅外和電磁學的毫米波之間的帶隙。長期以來，由于缺乏有效的產生和探測技術，太赫茲成為電磁波譜中人類有待認識的最后一個窗口。上世紀80年代以來，隨著飛秒脈沖激光技術的發展，在室溫下產生了寬輻射帶寬、高強度、高信噪比的太赫茲電磁輻射。太赫茲儀器也逐漸實現低成本化和小型化，太赫茲技術在各個領域的應用也日益廣泛。目前太赫茲技術已廣泛應用于材料成分識別、生物樣品測試、食品安全檢查、藥品成分分析、疾病預防篩查、天文觀測和環境監測等領域。

盡管各類商品化的太赫茲輻射源、太赫茲探測器、太赫茲光譜儀、太赫茲成像儀已日益廣泛應用。然而太赫茲輻射參數的絕對計量卻長期處于空白。歷史上的“太赫茲空隙”導致了“太赫茲計量學空白”，國際上太赫茲計量儀器量值無法溯源至國際單位制，測量準確度和有效性無法評估。

近年來，國際計量研究機構已經意識到了太赫茲計量的重要和緊迫。2009年，德國國家計量院(PTB)的Andreas?Steiger等將太赫茲輻射功率溯源至光譜輻射低溫輻射計，在國際上首次實現了2.5THz頻率太赫茲電磁輻射的量值溯源。然而，低溫輻射計的吸收涂層在太赫茲波段的吸收率無法準確測量，因此低溫輻射計的吸收腔在太赫茲波段的腔體吸收率無法準確評估。盡管窗口透過率、功率漂移、噪聲、偏振、替代探測器等各不確定度分量僅為千分之幾，但由于腔體吸收率的不確定度評定為7％，最終只能給出7.3％的合成不確定度(包括因子k＝1)，其中腔體吸收率成為不確定度合成中最大的一個分量。

本發明公開了一種絕對型太赫茲輻射計，用于測量太赫茲波段的電磁輻射功率(或能量)、標定太赫茲探測器或校準太赫茲功率計(或能量計)。該絕對型太赫茲輻射計通過一種在太赫茲波段具有高吸收率的碳化硅和黑漆材料混合涂層吸收太赫茲輻射熱，通過輻射計前端的聚光罩進一步提高太赫茲輻射的吸收率。太赫茲電磁輻射被吸收涂層吸收，轉換成熱，產生溫升，通過熱電堆將溫差信號轉換成電信號，用電壓表讀取響應電壓。利用激光功率或電功率替代標定輻射計的響應靈敏度，從而將太赫茲輻射功率(或能量)溯源至國際單位制，實現太赫茲輻射功率(或能量)的計量和太赫茲探測器的測量量值標定和校準。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種絕對型太赫茲輻射計，其是利用激光功率或電功率替代標定輻射計的響應靈敏度，從而將太赫茲輻射功率(或能量)溯源至國際單位制，實現太赫茲輻射功率(或能量)的計量和太赫茲探測器的測量量值標定和校準。

本發明提供一種絕對型太赫茲輻射計，用于測量太赫茲波段的電磁輻射功率、標定太赫茲探測器或校準太赫茲功率計，包括：

一熱沉，該熱沉保持溫度穩定，用于作為溫差測量的參考背景溫度；

一熱電堆，作為溫差測量傳感器，該熱電堆的一個測溫面用導熱膠粘接在熱沉上；該熱電堆將溫差信號轉換成電信號用于顯示儀表的測量；

一電加熱層，該電加熱層粘接或噴涂在熱電堆的另一個測溫面上，通過外部直流電源加熱產生的溫差模擬替代輻射計吸收輻射產生的溫差，用于以電功率替代輻射功率實現輻射計的電校準；

一碳化硅顆粒和黑漆混合涂層，其在太赫茲波段具有高吸收率，該碳化硅顆粒和黑漆混合涂層噴涂在電加熱層上，用于吸收太赫茲電磁輻射，產生的溫差經電加熱層傳到熱電堆的測溫面上；

一半球形聚光罩，該半球形聚光罩罩在熱沉的上面，僅在前端輻射接收處留有聚光罩開口，與熱沉形成半球形空腔，所述熱電堆、電加熱層和吸收涂層都在半球形空腔內部，該半球形聚光罩將從碳化硅顆粒和黑漆混合涂層表面反射的太赫茲輻射再反射到碳化硅顆粒和黑漆混合涂層上，以便再次吸收提高輻射計腔體吸收率；

一隔熱罩，該隔熱罩罩住整個輻射計，僅在前端輻射接收處留有入射口，該隔熱罩用于隔絕外部環境和輻射計熱沉之間的熱交換，避免外界環境溫度變化對輻射計測量性能造成的影響；

一對電加熱接線端子，該對電加熱接線端子在隔熱罩外，與電加熱層的加熱引線電性連接，用于連接外部直流加熱電源的加熱電極；

一對響應電壓測量端子，該對響應電壓測量端子在隔熱罩外，與熱電堆的傳感器引線電性連接，用于連接外部測量顯示儀器測量溫差引起的電壓。

本發明具有以下優點：