[发明专利]基于超导热电子探测器相干和非相干探测系统和探测方法

说明书

本发明是基于超导热电子探测器相干和非相干探测系统和探测方法，包括斩波器、波束耦合器、太赫兹本振信号源、超导热电子探测器、bias‑T电路、低温低噪声放大器、直流偏置电源、常温中频放大器和锁定放大器、频谱仪，其中低温低噪声放大器和常温中频放大器共同组成中频放大链路，中频放大链路和超导热电子探测器共同组成兼具相干检测和非相干检测的特性的接收系统，该种探测系统能够同时兼顾并实现连续谱和高分辨谱探测快速切换，短时间获取更全面的目标特性信息，提高太赫兹信号探测效率。

技术领域

本发明是涉及太赫兹技术领域，具体的说是基于超导热电子探测器相干和非相干探测系统和探测方法。

背景技术

类似于其他频段，太赫兹频段被动探测分为相干探测和非相干探测两种模式。在太赫兹相干探测模式中，能够同时探测信号的幅度和相位信息，主要应用于高频率分辨的谱线观测，以及具有高空间分辨率的天线干涉阵列中。太赫兹频段非相干探测模式则只能探测信号的幅度信息，而不能获取其相位信息，主要应用于低频率分辨率的连续谱观测和分光频谱仪的中频率分辨率谱线观测。一般地，实现太赫兹频段相干探测和非相干探测，往往需要由两套独立的被动探测接收机系统来完成。

在太赫兹相干探测的接收机系统中，主要包含太赫兹本振信号源，用于太赫兹本振信号源和外部待测信号耦合的波束分离器、太赫兹混频器及其直流偏置电源、低温低噪声放大器、常温中频以及频谱仪等。待测信号与太赫兹本振信号通过太赫兹混频器混频至中频，经过中频电路的信号调理，最后供后端频谱仪进行频谱处理。并从频谱处理数据中提取待测信号的频谱信息。由于相干探测时，太赫兹混频器的灵敏度受量子极限噪声限制，因此在一定程度上限制了微弱信号检测下限。正如前面所述，太赫兹相干探测可以提取信号的幅度和相位信息，可以根据本振信号源频谱特性，高分辨还原待测信号频谱，这是相干检测优点。

在太赫兹非相干探测接收机系统中，主要包含用于信号调制的斩波器、太赫兹探测器及其直流偏置电源、用于检波信号读出的锁定放大器。由于太赫兹探测器的直接检波效应，对外部待测信号的辐射下，将引起其偏置电压（或电流）的变化，读取太赫兹探测检波电压或电流的变化，可反演出外部信号的幅度信息，在非相干探测时，太赫兹探测器灵敏度不受量子极限噪声限制，因此可以实现背景极限的微弱信号检测，这是非相干探测的优点。正如前面所述，太赫兹非相干探测仅可提取待测信号的幅度信息，因此可用于宽带连续谱的探测，进而获得连续谱辐射强度。

从前述的太赫兹相干和非相干探测接收机系统说明可知，相干探测模式和非相干探测模式各具有优势，且两种不同的探测模式往往需要两个独立系统来实现。因此需要一种能够兼顾相干和非相干探测的优点的探测系统和探测方法。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供基于超导热电子探测器相干和非相干探测系统和探测方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于超导热电子探测器相干和非相干探测系统，其特征在于：包括斩波器、波束耦合器、太赫兹本振信号源、超导热电子探测器、bias-T电路、低温低噪声放大器、直流偏置电源、常温中频放大器和锁定放大器、频谱仪；

所述的斩波器与波束耦合器信号输入端连接，所述的太赫兹本振信号源与波束耦合器信号输入端连接，波束耦合器信号输出端与超导热电子探测器信号连接，所述的超导热电子探测器与bias-T电路连接，所述的直流偏置电源通过bias-T电路为超导热电子探测器提供偏置电压，所述的bias-T电路与低温低噪声放大器连接，低温低噪声放大器与常温中频放大器信号连接，常温中频放大器分别与锁定放大器和频谱仪连接，所述的斩波器与锁定放大器信号连接，所述的超导热电子探测器、bias-T电路、低温低噪声放大器均设置在低温杜瓦内；

所述的波束耦合器在太赫兹信号非相干探测时用于信号通道，在太赫兹信号相干探测时用于将被测信号和本振信号源信号耦合输出；