[發明專利]太赫茲探測器及讀出電路系統頻響測量方法

有效

• 申請號: 201610132088.1
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105675130B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 林鎮輝;史生才;李紹亮
• 申請（專利權）人: 中國科學院紫金山天文臺
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本發明涉及一種太赫茲探測器及讀出電路系統頻響測量方法，屬于太赫茲技術研究領域。

背景技術

半導體Bolometer探測器、超導熱電子HEB探測器、太赫茲超導隧道結SIS探測器、DLATGS探測器等是當前太赫茲頻段應用廣泛的探測器，可直接用于太赫茲頻段寬帶信號輻射強度探測。在太赫茲探測器及讀出電路系統中，有兩個衡量頻率響應的重要技術參數，其一是太赫茲探測器射頻響應帶寬，該技術參數表征太赫茲探測器入射太赫茲信號的有效探測頻率范圍，其測量方法常通過一個具有寬帶特性的黑體輻射源作為太赫茲信號源輸入，采用傅立葉光譜儀技術，進行太赫茲探測器的射頻響應帶寬測量；其二是太赫茲探測器及讀出電路系統（包括太赫茲探測器及其直流電源偏置電路）低頻頻率響應帶寬，該技術參數則反映了太赫茲探測器及讀出電路系統在太赫茲信號檢測時信號讀出的快慢。太赫茲探測器及讀出電路系統的低頻頻率響應，常用讀出電路的低頻響應帶寬來表征。

我們知道，由于太赫茲探測器及讀出電路系統存在的低頻漂移噪聲（如1/f噪聲）影響了太赫茲探測器系統的檢測靈敏度。為了提高檢測信噪比，在太赫茲探測器系統進行太赫茲信號檢測時，通常要求將太赫茲信號進行調制（如斬波調制等），使其調制信號有效避開低頻漂移噪聲的頻率區間，同時又落在太赫茲探測器及讀出電路系統的低頻頻率響應有效帶寬內。此刻，太赫茲探測器及讀出電路系統的低頻響應最高頻率則限定了太赫茲信號調制頻率的上限。若調制頻率超過太赫茲探測器系統低頻響應頻率，則太赫茲探測器檢測信噪比將迅速降低，甚至無法檢測出有效的太赫茲信號。因此，太赫茲探測器系統低頻響應頻率也是太赫茲探測器系統探測性能優化的重要依據。

測量太赫茲探測器及讀出電路系統低頻響應帶寬，目前采用的方法有如下兩種。其一，采用寬帶太赫茲信號源（黑體信號源）作為輸入信號，并借助傅立葉光譜儀的快速掃描和慢速掃描，獲取兩幀太赫茲探測器系統輸出的信號源頻譜，并進行比較（將快速掃描時獲取信號源頻率除以慢速掃描時獲取的信號源頻譜），從而得到太赫茲探測器及讀出電路系統的低頻頻率響應帶寬，從原理上，該測量方法簡單和直接，但是考慮到在寬帶太赫茲信號源輸入信號的較弱，且太赫茲探測器及讀出電路系統的噪聲性能較差的情況下，通過快速和慢速掃描的頻譜比較，很難獲得較好的信噪比，而將導致難于獲得精確的太赫茲探測器及讀出電路系統低頻頻率響應。

其二，采用光學或電學調制太赫茲單頻信號源作為輸入，在太赫茲探測器及讀出電路系統連接鎖定放大器，通過鎖定放大器度讀出電路系統檢測到的調制信號進行解調。改變光學或電學調制頻率，并讀取鎖定放大器對應的解調輸出信號幅度，即可實現太赫茲探測器及讀出電路系統低頻響應帶寬的測量。該測量方法主要是基于時域的同步檢波測量方法進行太赫茲探測器及讀出電路系統的頻響帶寬測量。該測量方法對所采用太赫茲信號源輸出穩定性以及調制信號源頻率穩定性要求較高，否則檢測的信號幅度精度難于保證。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、易于實現的太赫茲探測器及讀出電路系統頻響測量方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種太赫茲探測器，其特征在于：包含太赫茲鎖相信號源、傅立葉光譜儀、太赫茲探測器及讀出電路系統、高精度數據采集卡和控制計算機，太赫茲鎖相信號源為輸入信號源，傅立葉光譜儀與太赫茲鎖相信號源連接對太赫茲鎖相信號源進行空間干涉，太赫茲探測器及讀出電路系統與傅立葉光譜儀連接用于接受干涉條紋并進行初步處理，高精度數據采集卡與太赫茲探測器及讀出電路系統連接用于采集干涉條紋數據，控制計算機與高精度數據采集卡連接用于進行干涉條紋數據加窗預處理和頻譜處理。

進一步地，所述太赫茲探測器及讀出電路系統包含太赫茲探測器和讀出電路，太赫茲探測器接受傅立葉光譜儀輸出的干涉條紋，讀出電路提供太赫茲探測器偏置電源，對檢測信號進行直流放大等初步處理后，輸出至高精度數據采集卡進行數據采集。

一種太赫茲探測器讀出電路系統頻響測量方法，其特征在于包含以下步驟：

A、設定太赫茲鎖相信號源的合適信號輸出頻率和功率；

B、設定太赫茲探測器的工作點；

C、設定傅立葉光譜儀的工作模式為快速掃描模式，并控制掃描速率V的大小后，開始掃描傅立葉頻譜儀，使之將太赫茲信號形成干涉條紋，并通過控制計算機從高精度數據采集卡讀取被太赫茲探測器所接收的干涉條紋信號，利用數據處理程序對干涉條紋進行加平頂窗預處理后，在進行頻譜后處理，獲取調制信號的頻率和幅度；