[发明专利]一种太赫兹探测器射频读出装置及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波谱探测装置，尤其涉及一种能在射频波段高精度、快速探测太赫兹波并将其读出的射频读出装置及其实现方法。本发明广泛适用于太赫兹技术研究、新材料研究、空间成像和安全检测，具有响应速度快，灵敏度高，探测波段宽的特点。

背景技术

太赫兹(THz)波是频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在30μm到3mm范围，介于微波与红外之间，是电磁波谱中一个很重要的波段。由于受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，涉及太赫兹波段的研究结果仍有限，因此这一波段也被称为THz间隙。与其他波段电磁波相比，太赫兹波辐射源具有相干性好、光子能量低、穿透力强等独特、优异的特性，所以在物理、化学和医药科学等基础研究领域，以及安全检查、环境监测、食品检验、卫星通信等应用研究领域均具有巨大的科学研究价值和广阔的应用前景。目前，各国都在THz研究方面给予了极大的关注，美国、欧州和日本尤为重视，如劳伦斯利弗莫尔(LLNL)、劳伦斯伯克利(LBNL)等美国重要的国家实验室、美国国家基金会(NSF)、国家航天局(NASA)、英国的Rutherford国家实验室、剑桥大学、日本东京大学等。世界各国将太赫兹波科技研究置于国家科技战略规划的前沿，投入了大量的人力和物力。因此，研究和开发太赫兹技术及相关太赫兹器件无论对基础科学研究还是市场开发应用都有着十分重要的意义。灵活地运用太赫兹技术于科研工作和实际生活中，已成为将来科研工作者追求的目标和迫切需要解决的实际问题。

目前为止，太赫兹波仍是一个技术尚不成熟的领域，其主要原因在于太赫兹波光源、传输和检测技术不成熟。太赫兹波探测方面，由于其光子能量较低，背景噪声常常占据显著的地位，给THz波探测和频率调制带来诸多技术上的难题。专利申请号为200810216315.4的“一种太赫兹波探测器、探测系统及探测方法”和专利申请号为200820212034.7的“一种太赫兹波探测器及探测系统”，是利用太赫兹探测器将太赫兹波信号转换为电信号，对输出电信号滤波放大后再进行测试，太赫兹信号仍是在THz波段进行检测。

可见，现有普通放大电路在用于直接放大太赫兹探测器的微弱电流或电压信号时，带宽和增益乘积为常数。用于放大纳安电流或毫伏电压量级微弱信号的放大器带宽较小，达不到太赫兹成像和通信等对速度要求较高的应用需求。因此，研制开发太赫兹射频读出器对发展太赫兹技术及相关器件具有十分重要的意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的旨在提出一种太赫兹探测器射频读出装置及其实现方法，以期达到能在较宽的频带宽度内检测并精确读出太赫兹波信号，从而将其应用于广泛的材料分析和THz器件的测试分析。

本发明的上述第一个目的，其技术方案如下：

一种太赫兹探测器射频读出装置，其特征在于：所述射频读出装置包括主要由太赫兹探测器和射频元件构成的射频共振电路，其中所述太赫兹探测器是在太赫兹波辐射下器件阻抗能发生灵敏变化的器件，尤以GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管为主的一种器件。

进一步地，前述的一种太赫兹探测器射频读出装置，根据射频共振电路连接结构的多样性，所述太赫兹探测器参与该射频共振电路的连接结构也各不相同，其结构之一包括：a、与所述太赫兹探测器的晶体管栅极相连的射频扼流圈及第一偏置器；b、与所述太赫兹探测器的晶体管源极相连并顺次串联的表面贴装电感、定向耦合器及压控振荡器；c、混频器，分别与压控振荡器经分频器的输出及定向耦合器经低噪音放大器的输出相连；d、与所述混频器输出顺次串联的带通滤波器、直流阻断器和低噪音放大器，所述低噪音放大器的输出端为射频读出端；以及e、跨接于太赫兹探测器的晶体管源漏极间的电容，所述电容的一端与漏极一并接低电平。

本发明的上述第二个目的实现方法，其技术方案为：

通过前述太赫兹探测器与射频读出电路相连的装置实现，太赫兹波的辐射经太赫兹探测器接收并反射，再经射频读出电路滤波、混频、放大后输出。具体太赫兹探测器的反射信号依次经定向耦合器和低噪音放大器输出，与压控振荡器经分频器输出频率信号进行混频。而且其中所述太赫兹探测器在太赫兹波辐射下呈现阻抗变化，以损耗器件接入射频读出电路的运作。

本发明一种太赫兹探测器射频读出装置及其实现方法的应用，其优点为：

该射频读出装置采用自混频输出太赫兹幅值模式，经射频电路滤波、放大、混频后可在射频波段精确检测射频载波信号。具有读出速度快，灵敏度高，操作简单，集成度高的特性。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的射频电路结构示意图。

具体实施方式