[发明专利]绝对型太赫兹辐射计

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹辐射参数测量技术领域，特别是一种绝对型太赫兹辐射功率计或太赫兹辐射能量计。

背景技术

太赫兹是指频率位于0.1-10THz的电磁辐射，在电磁波谱上位于光学的红外和电磁学的毫米波之间的带隙。长期以来，由于缺乏有效的产生和探测技术，太赫兹成为电磁波谱中人类有待认识的最后一个窗口。上世纪80年代以来，随着飞秒脉冲激光技术的发展，在室温下产生了宽辐射带宽、高强度、高信噪比的太赫兹电磁辐射。太赫兹仪器也逐渐实现低成本化和小型化，太赫兹技术在各个领域的应用也日益广泛。目前太赫兹技术已广泛应用于材料成分识别、生物样品测试、食品安全检查、药品成分分析、疾病预防筛查、天文观测和环境监测等领域。

尽管各类商品化的太赫兹辐射源、太赫兹探测器、太赫兹光谱仪、太赫兹成像仪已日益广泛应用。然而太赫兹辐射参数的绝对计量却长期处于空白。历史上的“太赫兹空隙”导致了“太赫兹计量学空白”，国际上太赫兹计量仪器量值无法溯源至国际单位制，测量准确度和有效性无法评估。

近年来，国际计量研究机构已经意识到了太赫兹计量的重要和紧迫。2009年，德国国家计量院(PTB)的Andreas Steiger等将太赫兹辐射功率溯源至光谱辐射低温辐射计，在国际上首次实现了2.5THz频率太赫兹电磁辐射的量值溯源。然而，低温辐射计的吸收涂层在太赫兹波段的吸收率无法准确测量，因此低温辐射计的吸收腔在太赫兹波段的腔体吸收率无法准确评估。尽管窗口透过率、功率漂移、噪声、偏振、替代探测器等各不确定度分量仅为千分之几，但由于腔体吸收率的不确定度评定为7％，最终只能给出7.3％的合成不确定度(包括因子k＝1)，其中腔体吸收率成为不确定度合成中最大的一个分量。

本发明公开了一种绝对型太赫兹辐射计，用于测量太赫兹波段的电磁辐射功率(或能量)、标定太赫兹探测器或校准太赫兹功率计(或能量计)。该绝对型太赫兹辐射计通过一种在太赫兹波段具有高吸收率的碳化硅和黑漆材料混合涂层吸收太赫兹辐射热，通过辐射计前端的聚光罩进一步提高太赫兹辐射的吸收率。太赫兹电磁辐射被吸收涂层吸收，转换成热，产生温升，通过热电堆将温差信号转换成电信号，用电压表读取响应电压。利用激光功率或电功率替代标定辐射计的响应灵敏度，从而将太赫兹辐射功率(或能量)溯源至国际单位制，实现太赫兹辐射功率(或能量)的计量和太赫兹探测器的测量量值标定和校准。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种绝对型太赫兹辐射计，其是利用激光功率或电功率替代标定辐射计的响应灵敏度，从而将太赫兹辐射功率(或能量)溯源至国际单位制，实现太赫兹辐射功率(或能量)的计量和太赫兹探测器的测量量值标定和校准。

本发明提供一种绝对型太赫兹辐射计，用于测量太赫兹波段的电磁辐射功率、标定太赫兹探测器或校准太赫兹功率计，包括：

一热沉，该热沉保持温度稳定，用于作为温差测量的参考背景温度；

一热电堆，作为温差测量传感器，该热电堆的一个测温面用导热胶粘接在热沉上；该热电堆将温差信号转换成电信号用于显示仪表的测量；

一电加热层，该电加热层粘接或喷涂在热电堆的另一个测温面上，通过外部直流电源加热产生的温差模拟替代辐射计吸收辐射产生的温差，用于以电功率替代辐射功率实现辐射计的电校准；

一碳化硅颗粒和黑漆混合涂层，其在太赫兹波段具有高吸收率，该碳化硅颗粒和黑漆混合涂层喷涂在电加热层上，用于吸收太赫兹电磁辐射，产生的温差经电加热层传到热电堆的测温面上；

一半球形聚光罩，该半球形聚光罩罩在热沉的上面，仅在前端辐射接收处留有聚光罩开口，与热沉形成半球形空腔，所述热电堆、电加热层和吸收涂层都在半球形空腔内部，该半球形聚光罩将从碳化硅颗粒和黑漆混合涂层表面反射的太赫兹辐射再反射到碳化硅颗粒和黑漆混合涂层上，以便再次吸收提高辐射计腔体吸收率；

一隔热罩，该隔热罩罩住整个辐射计，仅在前端辐射接收处留有入射口，该隔热罩用于隔绝外部环境和辐射计热沉之间的热交换，避免外界环境温度变化对辐射计测量性能造成的影响；

一对电加热接线端子，该对电加热接线端子在隔热罩外，与电加热层的加热引线电性连接，用于连接外部直流加热电源的加热电极；

一对响应电压测量端子，该对响应电压测量端子在隔热罩外，与热电堆的传感器引线电性连接，用于连接外部测量显示仪器测量温差引起的电压。

本发明具有以下优点：