太赫茲波線寬測(cè)量的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太赫茲波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域；具體講，涉及太赫茲波線寬測(cè)量的裝置及方 法。 技術(shù)背景
[0002] 近年來(lái)很多不同類型的太赫茲輻射源都得到了很大的發(fā)展，并且被廣泛應(yīng)用于成 像、光譜分析等領(lǐng)域中。在太赫茲光譜分析領(lǐng)域，太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)由于通常只能實(shí)現(xiàn)數(shù) 十GHz的光譜分辨能力，在部分應(yīng)用中已經(jīng)不能滿足實(shí)際的需求。在這樣的背景下，人們提 出了利用頻率可調(diào)諧的窄線寬單頻太赫茲源進(jìn)行光譜檢測(cè)。目前已經(jīng)涌現(xiàn)出一些窄線寬的 單頻太赫茲輻射源，例如基于非線性差頻或參量振蕩技術(shù)的太赫茲輻射源等等。窄線寬太 赫茲源的輸出線寬能夠達(dá)到百M(fèi)Hz，接近傅里葉變換極限。利用這種太赫茲源組建太赫茲光 譜分析系統(tǒng)，光譜檢測(cè)的精度能夠達(dá)到MHz量級(jí)。隨著太赫茲輻射源的發(fā)展，太赫茲輻射源 的性能不斷提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)其包括輸出線寬在內(nèi)的各項(xiàng)關(guān)鍵性能參數(shù)的測(cè)量展現(xiàn)出了不斷凸 顯的重要性。為了實(shí)現(xiàn)太赫茲源輻射線寬的準(zhǔn)確測(cè)量，尋找到一種測(cè)量精度高、使用方便的 太赫茲波線寬測(cè)量方法成為了人們追求的目標(biāo)。
[0003] 在傳統(tǒng)的激光領(lǐng)域，使用法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具測(cè)量激光的線寬是目前使用最為廣 泛的一種技術(shù)。通過(guò)面陣相機(jī)觀察激光經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)具之后的干涉圓環(huán)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，能夠快速 準(zhǔn)確地得到待測(cè)激光的線寬大小。在太赫茲領(lǐng)域，面陣相機(jī)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于激光領(lǐng)域中面 陣相機(jī)的成本，因而這種測(cè)量方法不適用于在太赫茲領(lǐng)域進(jìn)行直接推廣。作為傳統(tǒng)法布 里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的一種改進(jìn)形式，干涉腔長(zhǎng)可變的掃描法布里-珀羅干涉儀可以替代厚度 固定的法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，在不使用面陣相機(jī)的前提下實(shí)現(xiàn)譜線精細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察。改進(jìn) 的掃描法布里-珀羅干涉儀需要兩臺(tái)額外的設(shè)備以實(shí)現(xiàn)干涉精細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察，分別為一個(gè) 高精度的位移平臺(tái)和一臺(tái)太赫茲功率探測(cè)裝置。隨著太赫茲技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波功率探 測(cè)裝置已經(jīng)涌現(xiàn)出了很多不同種類的產(chǎn)品，在室溫條件下實(shí)現(xiàn)太赫茲波功率高精度探測(cè)的 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。另外，由于太赫茲波長(zhǎng)較長(zhǎng)，接近毫米量級(jí)，用于太赫茲波段的掃描法 布里-珀羅干涉儀對(duì)位移平臺(tái)的移動(dòng)精度的要求相應(yīng)較低。因此，在太赫茲波段實(shí)現(xiàn)應(yīng)用 于線寬測(cè)量的掃描法布里-珀羅干涉儀已經(jīng)具備了比較成熟的條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在太赫茲波段實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于線寬測(cè)量的掃描法布里-珀羅 干涉儀，為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，太赫茲波線寬測(cè)量的方法，利用法布里-珀羅FP 干涉儀、測(cè)得對(duì)波長(zhǎng)A的功率透過(guò)率，由公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種太赫茲波線寬測(cè)量的方法，其特征是，利用法布里-珀羅FP干涉儀、測(cè)得對(duì)波長(zhǎng) 入的功盡誘忖盡.由公式，
獲得干涉腔長(zhǎng)d，式中，R是兩個(gè)反射面的反射率，n是反射面之間填充介質(zhì)的折射率，Q是入射角度； 根據(jù)法布里-珀羅干涉儀的自由光譜范圍FSR的表達(dá)式： FSR = c/2nd 獲得FSR ; 再由公式： Linewidth(FWHM) = FSR/Finesse 獲得太赫茲波的線寬Linewidth(FWHM)，式中條紋精細(xì)度Finesse近似是一個(gè)不隨干 涉腔長(zhǎng)變化的常數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的太赫茲波線寬測(cè)量的方法，其特征是，利用法布里-珀羅FP干 涉儀具體包括如下步驟： 利用表面鍍金離軸拋物面鏡將入射太赫茲波反射、平行出射到法布里-珀羅干涉儀腔 鏡； 采用高阻硅材料用作位置固定的法布里-珀羅干涉儀腔鏡a，腔鏡a兩個(gè)表面拋光，腔 鏡a兩個(gè)表面具有1度左右的楔角以避免內(nèi)部形成FP諧振腔，靠近法布里-珀羅干涉儀腔 鏡b的表面與入射太赫茲波垂直； 法布里-珀羅干涉儀腔鏡b材料及外形尺寸與腔鏡a完全相同，靠近腔鏡a的表面與 入射太赫茲波垂直，將腔鏡b安裝于移動(dòng)平臺(tái)4上； 沿太赫茲波傳播方向步進(jìn)移動(dòng)平臺(tái)； 利用表面鍍金離軸拋物面鏡將來(lái)自法布里-珀羅干涉儀腔鏡的平行入射的太赫茲波 會(huì)聚； 將斬波器置于表面鍍金離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)位置，修正待測(cè)太赫茲波的調(diào)制頻率為適 合后端熱釋電探測(cè)器的頻率； 熱釋電探測(cè)器，測(cè)量透射太赫茲波的功率，輸出與探測(cè)功率大小成正比的電壓信號(hào)至 數(shù)據(jù)采集卡； 將熱釋電探測(cè)器輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號(hào)至計(jì)算機(jī)； 利用計(jì)算機(jī)運(yùn)行測(cè)量程序，讀取數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出的數(shù)字電壓值，對(duì)步進(jìn)位移平臺(tái)發(fā) 出工作指令；為用戶計(jì)算線寬測(cè)量結(jié)果。
3. -種太赫茲波線寬測(cè)量的裝置，其特征是，結(jié)構(gòu)為： 入射太赫茲波經(jīng)第1表面鍍金離軸拋物面鏡之后平行出射至法布里-珀羅干涉儀腔 鏡； 由高阻硅材料制成的位置固定法布里-珀羅干涉儀腔鏡a，兩個(gè)表面拋光，兩個(gè)拋光表 面具有1度左右的楔角，靠近腔鏡b的表面與入射太赫茲波垂直； 法布里-珀羅干涉儀腔鏡b材料及外形尺寸與腔鏡a完全相同，靠近腔鏡a的表面與 入射太赫茲波垂直，腔鏡b安裝于移動(dòng)平臺(tái)4上； 步進(jìn)移動(dòng)平臺(tái)沿太赫茲波傳播方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)； 來(lái)自腔鏡b的平行入射的太赫茲波經(jīng)第2表面鍍金離軸拋物面鏡進(jìn)行會(huì)聚； 第2表面鍍金離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)位置設(shè)置有斬波器，第2表面鍍金離軸拋物面鏡輸 出得太赫茲波經(jīng)斬波器、熱釋電探測(cè)器、AD轉(zhuǎn)換器輸出測(cè)量結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明屬于太赫茲波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，為在太赫茲波段實(shí)現(xiàn)應(yīng)用于線寬測(cè)量的掃描法布里-珀羅干涉儀，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，太赫茲波線寬測(cè)量的裝置及方法，包括如下結(jié)構(gòu)：入射太赫茲波經(jīng)第1表面鍍金離軸拋物面鏡之后平行出射至法布里-珀羅干涉儀腔鏡；由高阻硅材料制成的位置固定法布里-珀羅干涉儀腔鏡a，法布里-珀羅干涉儀腔鏡b；步進(jìn)移動(dòng)平臺(tái)沿太赫茲波傳播方向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)；來(lái)自腔鏡b的平行入射的太赫茲波經(jīng)第2表面鍍金離軸拋物面鏡進(jìn)行會(huì)聚；第2表面鍍金離軸拋物面鏡的焦點(diǎn)位置設(shè)置有斬波器，第2表面鍍金離軸拋物面鏡輸出得太赫茲波經(jīng)斬波器、熱釋電探測(cè)器、AD轉(zhuǎn)換器輸出測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明主要應(yīng)用于太赫茲波檢測(cè)。
【IPC分類】G01J9-02, G01J3-45
【公開號(hào)】CN104614082
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410757516
【發(fā)明人】徐德剛, 李佳起, 王與燁, 李忠孝, 閆超, 劉鵬翔, 石嘉, 嚴(yán)德賢, 徐文韜, 姚建銓
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日