[發明專利]基于超導熱電子探測器相干和非相干探測系統和探測方法

有效

• 申請號: 201811105637.1
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN109470360B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 史生才;林鎮輝;任遠;繆巍
• 申請（專利權）人: 中國科學院紫金山天文臺
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明是基于超導熱電子探測器相干和非相干探測系統和探測方法，包括斬波器、波束耦合器、太赫茲本振信號源、超導熱電子探測器、bias?T電路、低溫低噪聲放大器、直流偏置電源、常溫中頻放大器和鎖定放大器、頻譜儀，其中低溫低噪聲放大器和常溫中頻放大器共同組成中頻放大鏈路，中頻放大鏈路和超導熱電子探測器共同組成兼具相干檢測和非相干檢測的特性的接收系統，該種探測系統能夠同時兼顧并實現連續譜和高分辨譜探測快速切換，短時間獲取更全面的目標特性信息，提高太赫茲信號探測效率。

技術領域

本發明是涉及太赫茲技術領域，具體的說是基于超導熱電子探測器相干和非相干探測系統和探測方法。

背景技術

類似于其他頻段，太赫茲頻段被動探測分為相干探測和非相干探測兩種模式。在太赫茲相干探測模式中，能夠同時探測信號的幅度和相位信息，主要應用于高頻率分辨的譜線觀測，以及具有高空間分辨率的天線干涉陣列中。太赫茲頻段非相干探測模式則只能探測信號的幅度信息，而不能獲取其相位信息，主要應用于低頻率分辨率的連續譜觀測和分光頻譜儀的中頻率分辨率譜線觀測。一般地，實現太赫茲頻段相干探測和非相干探測，往往需要由兩套獨立的被動探測接收機系統來完成。

在太赫茲相干探測的接收機系統中，主要包含太赫茲本振信號源，用于太赫茲本振信號源和外部待測信號耦合的波束分離器、太赫茲混頻器及其直流偏置電源、低溫低噪聲放大器、常溫中頻以及頻譜儀等。待測信號與太赫茲本振信號通過太赫茲混頻器混頻至中頻，經過中頻電路的信號調理，最后供后端頻譜儀進行頻譜處理。并從頻譜處理數據中提取待測信號的頻譜信息。由于相干探測時，太赫茲混頻器的靈敏度受量子極限噪聲限制，因此在一定程度上限制了微弱信號檢測下限。正如前面所述，太赫茲相干探測可以提取信號的幅度和相位信息，可以根據本振信號源頻譜特性，高分辨還原待測信號頻譜，這是相干檢測優點。

在太赫茲非相干探測接收機系統中，主要包含用于信號調制的斬波器、太赫茲探測器及其直流偏置電源、用于檢波信號讀出的鎖定放大器。由于太赫茲探測器的直接檢波效應，對外部待測信號的輻射下，將引起其偏置電壓（或電流）的變化，讀取太赫茲探測檢波電壓或電流的變化，可反演出外部信號的幅度信息，在非相干探測時，太赫茲探測器靈敏度不受量子極限噪聲限制，因此可以實現背景極限的微弱信號檢測，這是非相干探測的優點。正如前面所述，太赫茲非相干探測僅可提取待測信號的幅度信息，因此可用于寬帶連續譜的探測，進而獲得連續譜輻射強度。

從前述的太赫茲相干和非相干探測接收機系統說明可知，相干探測模式和非相干探測模式各具有優勢，且兩種不同的探測模式往往需要兩個獨立系統來實現。因此需要一種能夠兼顧相干和非相干探測的優點的探測系統和探測方法。

發明內容

本發明針對現有技術中的不足，提供基于超導熱電子探測器相干和非相干探測系統和探測方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

基于超導熱電子探測器相干和非相干探測系統，其特征在于：包括斬波器、波束耦合器、太赫茲本振信號源、超導熱電子探測器、bias-T電路、低溫低噪聲放大器、直流偏置電源、常溫中頻放大器和鎖定放大器、頻譜儀；

所述的斬波器與波束耦合器信號輸入端連接，所述的太赫茲本振信號源與波束耦合器信號輸入端連接，波束耦合器信號輸出端與超導熱電子探測器信號連接，所述的超導熱電子探測器與bias-T電路連接，所述的直流偏置電源通過bias-T電路為超導熱電子探測器提供偏置電壓，所述的bias-T電路與低溫低噪聲放大器連接，低溫低噪聲放大器與常溫中頻放大器信號連接，常溫中頻放大器分別與鎖定放大器和頻譜儀連接，所述的斬波器與鎖定放大器信號連接，所述的超導熱電子探測器、bias-T電路、低溫低噪聲放大器均設置在低溫杜瓦內；

所述的波束耦合器在太赫茲信號非相干探測時用于信號通道，在太赫茲信號相干探測時用于將被測信號和本振信號源信號耦合輸出；