本實用新型屬于測試計量技術領域，涉及一種單像元場效應自混頻太赫茲探測器響應度參數(shù)的標定裝置。

背景技術：

太赫茲介于紅外和微波頻段之間，是連接電子學和光子學的橋梁，在信息科學、材料科學、生物化學等許多領域具有重要應用價值和重大應用潛力。近年來，在高速寬帶通信、功能材料研制、生物醫(yī)學成像、機場港口安檢、地溝油檢測、危險化學品監(jiān)測預警等許多領域的應用日益廣泛。室溫、高速、高靈敏度單像元場效應自混頻太赫茲探測器的高速和高靈敏度性能已在中國電子科技集團公司第五十研究所的快速太赫茲成像儀和成都電子科技大學的太赫茲通信演示系統(tǒng)中得到試驗驗證，其綜合指標優(yōu)于熱釋電和高萊等商業(yè)化太赫茲探測器。但由于缺乏有效的測量儀器，太赫茲計量儀器量值很難溯源，測量準確度和有效性較難評估，限制了太赫茲技術的發(fā)展和廣泛應用。

響應度參數(shù)是描述器件光電轉(zhuǎn)換能力的物理量，也是決定單像元太赫茲探測器性能的一個非常重要的指標。近年來，關于太赫茲探測器的標定在國際上引起了相關的關注，2009年，德國國家計量院PTB的Andreas Steiger等將太赫茲輻射量值溯源至光譜輻射低溫輻射計，在國際上首次實現(xiàn)了2.5THz頻率處太赫茲輻射度的量值溯源，但是低溫輻射計輻射吸收腔在太赫茲波段的腔體吸收率無法準確評估，因此只給出了7.3％的合成不確定度(包括因子k＝1)。2011年，美國標準技術研究院NIST的John Lehman等利用1.5mm高垂直生長的碳納米管陣列在0.76THz頻率處實現(xiàn)了99％的吸收率。然而在太赫茲波段，他們只給出了0.76THz頻率處的測量結(jié)果。另外，碳納米管制備工藝復雜且容易碳化，限制了這種材料的應用。2013年，中國計量科學研究院(NIM)研制了一種混合涂層，在太赫茲寬波段范圍內(nèi)吸收率高，并且易于制備，通過此涂層作為吸收材料制成的標準探測器有利于將太赫茲輻射量值溯源至國際單位。

目前太赫茲探測器的計量存在局限性，太赫茲探測器的計量多采用標準光源定標方法，其自身不確定度較高，且在定標過程中易引入一些無法準確測量的不確定度因素。因此，為進一步提高定標精度，提供一種使用標準探測器對比定標方法的單像元場效應自混頻太赫茲探測器響應度參數(shù)的標定裝置實屬必要。

技術實現(xiàn)要素：

針對背景技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種單像元場效應自混頻太赫茲探測器響應度參數(shù)的標定裝置，可以對單像元場效應自混頻太赫茲探測器實現(xiàn)精確定標，降低量值傳遞的不確定度。

為達到上述目的，本實用新型提供一種單像元場效應自混頻太赫茲探測器響應度參數(shù)的標定裝置至少包括太赫茲源模塊、探測器模塊、平移臺和夾具裝置、光學鏡片組、數(shù)據(jù)采集處理模塊和顯示模塊。

所述太赫茲源模塊至少包括單頻太赫茲源、倍頻器和驅(qū)動電源，所述單頻太赫茲源與所述驅(qū)動電源連接，用于將所述單頻太赫茲源在所述驅(qū)動電源驅(qū)動下輻射出單頻太赫茲光；所述倍頻器用于整數(shù)倍的改變單頻太赫茲源的信號頻率。

所述探測器模塊至少包括標準探測器、待測探測器和監(jiān)視探測器，所述標準探測器用于作為計量標準實現(xiàn)量值溯源；所述監(jiān)視探測器用于消除太赫茲波源穩(wěn)定性對于傳遞結(jié)果的影響。

所述平移臺和夾具裝置至少包括精密平移臺和夾具，所述精密平移臺和夾具用于裝夾所述標準探測器和所述待測探測器，并通過計算機控制所述標準探測器和所述待測探測器進行位移切換，使兩探測器分別移入波路。

所述光學鏡片組至少包括一組聚乙烯光學鏡和分束器，所述聚乙烯光學鏡放置于所述單頻太赫茲源一側(cè)，用于匯聚太赫茲光；所述分束器用于將單頻太赫茲光進行分束。

所述數(shù)據(jù)采集處理模塊至少包括測量信號放大電路和示波器，所述測量信號放大電路用于將探測器模塊輸出的電壓值進行放大，所述示波器分別與所述驅(qū)動電源，所述標準探測器，所述待測探測器和所述監(jiān)視探測器連接，用于對信號進行顯示和讀取。

本實用新型使用標準探測器對比方式，可以對單像元太赫茲探測器實現(xiàn)精確定標，降低量值傳遞的不確定度。此外，應確定標準探測器位置，確保接收相同位置的束斑并且波路中心在同一水平線。經(jīng)預熱等處理后進行信號采集，測定指定頻段信號，采集多次取平均值，以消除測量中的隨機誤差。然后將待測的探測器移入波路，同樣在指定頻段上采集信號。影響探測器響應度測試的主要因素包括波源功率穩(wěn)定性、束斑均勻性、探測器定位以及隨機誤差和系統(tǒng)噪聲等。通過在波路中加入監(jiān)視探測器，可以消除波源穩(wěn)定性對于傳遞結(jié)果的影響，使標定結(jié)果更準確。

附圖說明

圖1是本實用新型的單像元場效應自混頻太赫茲探測器響應度參數(shù)的標定裝置流程圖。

圖2是本實用新型的單像元場效應自混頻太赫茲探測器響應度參數(shù)的標定裝置的結(jié)構(gòu)與光路示意圖。

圖3是平移臺和夾具裝置裝夾標準探測器和待測探測器的機械圖。

元件標號說明

1 太赫茲源模塊

11 驅(qū)動電源

12 單頻太赫茲源

13 倍頻器

2 探測器模塊

21 標準探測器

22 待測探測器

23 監(jiān)視探測器

3 平移臺和夾具裝置

4 光學鏡片組

5 計算機

6 示波器

具體實施方式

以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型。

如圖1所示，單像元場效應自混頻太赫茲探測器響應度參數(shù)的標定裝置包括太赫茲源模塊、探測器模塊、平移臺和夾具裝置、光學鏡片組、數(shù)據(jù)采集處理模塊和顯示模塊。參閱圖2，太赫茲源模塊1至少包括：驅(qū)動電源11、單頻太赫茲源12、倍頻器13；打開驅(qū)動電源11，將驅(qū)動電源11接入示波器，待驅(qū)動電源11預熱后觀察示波器中顯示的電壓值是否穩(wěn)定于9.5V，穩(wěn)定后將驅(qū)動電源11連接單頻太赫茲源12并接入倍頻器13，輻射出頻率為f的單頻太赫茲光，頻率為f的單頻太赫茲光進入光學與鏡片組4，光學與鏡片組4至少包括2 個以上聚乙烯光學透鏡和分束器；頻率為f的單頻太赫茲光經(jīng)過所述聚乙烯光學鏡匯聚后，通過所述分束器進行分束進入探測器模塊2，探測器模塊2至少包括標準探測器21、待測探測器22、監(jiān)視探測器23，所述標準探測器以中國計量科學研究院自主研制的在太赫茲波段具有吸收寬寬帶，高吸收率的SiC顆粒混合涂層作為吸收材料而制造，在頻率點f處用氦氖激光器標定標準探測器21，得到標準探測器的響應度R_THz；頻率為f的單頻太赫茲光經(jīng)過分束器分束后一部分進入平移臺與夾具裝置，其中標準探測器21和待測探測器22由平移臺與夾具裝置3夾持，平移臺與夾具裝置3至少包括電控精密平移臺和夾具，通過計算機控制平移臺與夾具裝置3上探測器的位移切換，參閱圖3平移臺和夾具裝置裝夾標準探測器21和待測探測器22的機械圖，可選的，可將裝夾標準探測器21和待測探測器22的夾具固定于平移臺的同一豎直線上，兩夾具之間的垂直距離為H，標準探測器21與夾具之間的垂直距離為h₁，待測探測器22與夾具的垂直距離為h₂，通過軟件SC 300控制電控精密平移臺的位移調(diào)節(jié)標準探測器21移動，并用示波器6連接標準探測器21，示波器6中顯示的電壓值達到峰值且穩(wěn)定時即可認為標準探測器21已移入太赫茲光波路，此時記錄下電壓值U_THz，通過軟件SC 300控制電控精密平移臺上的待測探測器22在豎直方向移動(H+h₁-h₂)，將待測探測器22移入太赫茲波路，并用示波器6連接待測探測器22，確認示波器6中顯示的電壓值達到峰值且穩(wěn)定或再次調(diào)節(jié)電控精密平移臺的位移直至示波器6中顯示的電壓值達到峰值且穩(wěn)定時，記錄下電壓值U_x。頻率為f的單頻太赫茲光經(jīng)過分束器分束后另一部分進入監(jiān)視探測器，用示波器6連接監(jiān)視探測器23，調(diào)節(jié)監(jiān)視探測器23的角度方向和位移使示波器6中顯示的電壓值達到峰值且穩(wěn)定，在電控精密平移臺調(diào)節(jié)標準探測器21進入波路時，記錄此時監(jiān)視探測器23的電壓值為U_MTHz，在電控精密平移臺調(diào)節(jié)待測探測器22進入波路時，記錄此時監(jiān)視探測器23的電壓值為U_Mx，影響探測器響應度測試的主要因素包括波源功率穩(wěn)定性、束斑均勻性等。通過在波路中加入監(jiān)視探測器，可以消除波源穩(wěn)定性對于傳遞結(jié)果的影響，使標定結(jié)果更準確。

將上述數(shù)值代入計算公式

完成響應度的標定。