[发明专利]太赫兹探测器及读出电路系统频响测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹探测器及读出电路系统频响测量方法，属于太赫兹技术研究领域。

背景技术

半导体Bolometer探测器、超导热电子HEB探测器、太赫兹超导隧道结SIS探测器、DLATGS探测器等是当前太赫兹频段应用广泛的探测器，可直接用于太赫兹频段宽带信号辐射强度探测。在太赫兹探测器及读出电路系统中，有两个衡量频率响应的重要技术参数，其一是太赫兹探测器射频响应带宽，该技术参数表征太赫兹探测器入射太赫兹信号的有效探测频率范围，其测量方法常通过一个具有宽带特性的黑体辐射源作为太赫兹信号源输入，采用傅立叶光谱仪技术，进行太赫兹探测器的射频响应带宽测量；其二是太赫兹探测器及读出电路系统（包括太赫兹探测器及其直流电源偏置电路）低频频率响应带宽，该技术参数则反映了太赫兹探测器及读出电路系统在太赫兹信号检测时信号读出的快慢。太赫兹探测器及读出电路系统的低频频率响应，常用读出电路的低频响应带宽来表征。

我们知道，由于太赫兹探测器及读出电路系统存在的低频漂移噪声（如1/f噪声）影响了太赫兹探测器系统的检测灵敏度。为了提高检测信噪比，在太赫兹探测器系统进行太赫兹信号检测时，通常要求将太赫兹信号进行调制（如斩波调制等），使其调制信号有效避开低频漂移噪声的频率区间，同时又落在太赫兹探测器及读出电路系统的低频频率响应有效带宽内。此刻，太赫兹探测器及读出电路系统的低频响应最高频率则限定了太赫兹信号调制频率的上限。若调制频率超过太赫兹探测器系统低频响应频率，则太赫兹探测器检测信噪比将迅速降低，甚至无法检测出有效的太赫兹信号。因此，太赫兹探测器系统低频响应频率也是太赫兹探测器系统探测性能优化的重要依据。

测量太赫兹探测器及读出电路系统低频响应带宽，目前采用的方法有如下两种。其一，采用宽带太赫兹信号源（黑体信号源）作为输入信号，并借助傅立叶光谱仪的快速扫描和慢速扫描，获取两帧太赫兹探测器系统输出的信号源频谱，并进行比较（将快速扫描时获取信号源频率除以慢速扫描时获取的信号源频谱），从而得到太赫兹探测器及读出电路系统的低频频率响应带宽，从原理上，该测量方法简单和直接，但是考虑到在宽带太赫兹信号源输入信号的较弱，且太赫兹探测器及读出电路系统的噪声性能较差的情况下，通过快速和慢速扫描的频谱比较，很难获得较好的信噪比，而将导致难于获得精确的太赫兹探测器及读出电路系统低频频率响应。

其二，采用光学或电学调制太赫兹单频信号源作为输入，在太赫兹探测器及读出电路系统连接锁定放大器，通过锁定放大器度读出电路系统检测到的调制信号进行解调。改变光学或电学调制频率，并读取锁定放大器对应的解调输出信号幅度，即可实现太赫兹探测器及读出电路系统低频响应带宽的测量。该测量方法主要是基于时域的同步检波测量方法进行太赫兹探测器及读出电路系统的频响带宽测量。该测量方法对所采用太赫兹信号源输出稳定性以及调制信号源频率稳定性要求较高，否则检测的信号幅度精度难于保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、易于实现的太赫兹探测器及读出电路系统频响测量方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种太赫兹探测器，其特征在于：包含太赫兹锁相信号源、傅立叶光谱仪、太赫兹探测器及读出电路系统、高精度数据采集卡和控制计算机，太赫兹锁相信号源为输入信号源，傅立叶光谱仪与太赫兹锁相信号源连接对太赫兹锁相信号源进行空间干涉，太赫兹探测器及读出电路系统与傅立叶光谱仪连接用于接受干涉条纹并进行初步处理，高精度数据采集卡与太赫兹探测器及读出电路系统连接用于采集干涉条纹数据，控制计算机与高精度数据采集卡连接用于进行干涉条纹数据加窗预处理和频谱处理。

进一步地，所述太赫兹探测器及读出电路系统包含太赫兹探测器和读出电路，太赫兹探测器接受傅立叶光谱仪输出的干涉条纹，读出电路提供太赫兹探测器偏置电源，对检测信号进行直流放大等初步处理后，输出至高精度数据采集卡进行数据采集。

一种太赫兹探测器读出电路系统频响测量方法，其特征在于包含以下步骤：

A、设定太赫兹锁相信号源的合适信号输出频率和功率；

B、设定太赫兹探测器的工作点；

C、设定傅立叶光谱仪的工作模式为快速扫描模式，并控制扫描速率V的大小后，开始扫描傅立叶频谱仪，使之将太赫兹信号形成干涉条纹，并通过控制计算机从高精度数据采集卡读取被太赫兹探测器所接收的干涉条纹信号，利用数据处理程序对干涉条纹进行加平顶窗预处理后，在进行频谱后处理，获取调制信号的频率和幅度；