太赫兹波线宽测量的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太赫兹波检测技术领域；具体讲，涉及太赫兹波线宽测量的装置及方 法。 技术背景
[0002] 近年来很多不同类型的太赫兹辐射源都得到了很大的发展，并且被广泛应用于成 像、光谱分析等领域中。在太赫兹光谱分析领域，太赫兹时域光谱技术由于通常只能实现数 十GHz的光谱分辨能力，在部分应用中已经不能满足实际的需求。在这样的背景下，人们提 出了利用频率可调谐的窄线宽单频太赫兹源进行光谱检测。目前已经涌现出一些窄线宽的 单频太赫兹辐射源，例如基于非线性差频或参量振荡技术的太赫兹辐射源等等。窄线宽太 赫兹源的输出线宽能够达到百MHz，接近傅里叶变换极限。利用这种太赫兹源组建太赫兹光 谱分析系统，光谱检测的精度能够达到MHz量级。随着太赫兹辐射源的发展，太赫兹辐射源 的性能不断提升，实现对其包括输出线宽在内的各项关键性能参数的测量展现出了不断凸 显的重要性。为了实现太赫兹源辐射线宽的准确测量，寻找到一种测量精度高、使用方便的 太赫兹波线宽测量方法成为了人们追求的目标。
[0003] 在传统的激光领域，使用法布里-珀罗标准具测量激光的线宽是目前使用最为广 泛的一种技术。通过面阵相机观察激光经过标准具之后的干涉圆环的精细结构，能够快速 准确地得到待测激光的线宽大小。在太赫兹领域，面阵相机的成本远远高于激光领域中面 阵相机的成本，因而这种测量方法不适用于在太赫兹领域进行直接推广。作为传统法布 里-珀罗标准具的一种改进形式，干涉腔长可变的扫描法布里-珀罗干涉仪可以替代厚度 固定的法布里-珀罗标准具，在不使用面阵相机的前提下实现谱线精细结构的观察。改进 的扫描法布里-珀罗干涉仪需要两台额外的设备以实现干涉精细结构的观察，分别为一个 高精度的位移平台和一台太赫兹功率探测装置。随着太赫兹技术的发展，太赫兹波功率探 测装置已经涌现出了很多不同种类的产品，在室温条件下实现太赫兹波功率高精度探测的 技术已经相当成熟。另外，由于太赫兹波长较长，接近毫米量级，用于太赫兹波段的扫描法 布里-珀罗干涉仪对位移平台的移动精度的要求相应较低。因此，在太赫兹波段实现应用 于线宽测量的扫描法布里-珀罗干涉仪已经具备了比较成熟的条件。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术的不足，在太赫兹波段实现应用于线宽测量的扫描法布里-珀罗 干涉仪，为此，本发明采取的技术方案是，太赫兹波线宽测量的方法，利用法布里-珀罗FP 干涉仪、测得对波长A的功率透过率，由公式：
【主权项】
1. 一种太赫兹波线宽测量的方法，其特征是，利用法布里-珀罗FP干涉仪、测得对波长 入的功盡诱忖盡.由公式，
获得干涉腔长d，式中，R是两个反射面的反射率，n是反射面之间填充介质的折射率，Q是入射角度； 根据法布里-珀罗干涉仪的自由光谱范围FSR的表达式： FSR = c/2nd 获得FSR ; 再由公式： Linewidth(FWHM) = FSR/Finesse 获得太赫兹波的线宽Linewidth(FWHM)，式中条纹精细度Finesse近似是一个不随干 涉腔长变化的常数。
2. 如权利要求1所述的太赫兹波线宽测量的方法，其特征是，利用法布里-珀罗FP干 涉仪具体包括如下步骤： 利用表面镀金离轴抛物面镜将入射太赫兹波反射、平行出射到法布里-珀罗干涉仪腔 镜； 采用高阻硅材料用作位置固定的法布里-珀罗干涉仪腔镜a，腔镜a两个表面抛光，腔 镜a两个表面具有1度左右的楔角以避免内部形成FP谐振腔，靠近法布里-珀罗干涉仪腔 镜b的表面与入射太赫兹波垂直； 法布里-珀罗干涉仪腔镜b材料及外形尺寸与腔镜a完全相同，靠近腔镜a的表面与 入射太赫兹波垂直，将腔镜b安装于移动平台4上； 沿太赫兹波传播方向步进移动平台； 利用表面镀金离轴抛物面镜将来自法布里-珀罗干涉仪腔镜的平行入射的太赫兹波 会聚； 将斩波器置于表面镀金离轴抛物面镜的焦点位置，修正待测太赫兹波的调制频率为适 合后端热释电探测器的频率； 热释电探测器，测量透射太赫兹波的功率，输出与探测功率大小成正比的电压信号至 数据采集卡； 将热释电探测器输出的模拟信号进行AD转换，输出数字信号至计算机； 利用计算机运行测量程序，读取数据采集系统输出的数字电压值，对步进位移平台发 出工作指令；为用户计算线宽测量结果。
3. -种太赫兹波线宽测量的装置，其特征是，结构为： 入射太赫兹波经第1表面镀金离轴抛物面镜之后平行出射至法布里-珀罗干涉仪腔 镜； 由高阻硅材料制成的位置固定法布里-珀罗干涉仪腔镜a，两个表面抛光，两个抛光表 面具有1度左右的楔角，靠近腔镜b的表面与入射太赫兹波垂直； 法布里-珀罗干涉仪腔镜b材料及外形尺寸与腔镜a完全相同，靠近腔镜a的表面与 入射太赫兹波垂直，腔镜b安装于移动平台4上； 步进移动平台沿太赫兹波传播方向步进运动； 来自腔镜b的平行入射的太赫兹波经第2表面镀金离轴抛物面镜进行会聚； 第2表面镀金离轴抛物面镜的焦点位置设置有斩波器，第2表面镀金离轴抛物面镜输 出得太赫兹波经斩波器、热释电探测器、AD转换器输出测量结果。
【专利摘要】本发明属于太赫兹波检测技术领域，为在太赫兹波段实现应用于线宽测量的扫描法布里-珀罗干涉仪，本发明采取的技术方案是，太赫兹波线宽测量的装置及方法，包括如下结构：入射太赫兹波经第1表面镀金离轴抛物面镜之后平行出射至法布里-珀罗干涉仪腔镜；由高阻硅材料制成的位置固定法布里-珀罗干涉仪腔镜a，法布里-珀罗干涉仪腔镜b；步进移动平台沿太赫兹波传播方向步进运动；来自腔镜b的平行入射的太赫兹波经第2表面镀金离轴抛物面镜进行会聚；第2表面镀金离轴抛物面镜的焦点位置设置有斩波器，第2表面镀金离轴抛物面镜输出得太赫兹波经斩波器、热释电探测器、AD转换器输出测量结果。本发明主要应用于太赫兹波检测。
【IPC分类】G01J9-02, G01J3-45
【公开号】CN104614082
【申请号】CN201410757516
【发明人】徐德刚, 李佳起, 王与烨, 李忠孝, 闫超, 刘鹏翔, 石嘉, 严德贤, 徐文韬, 姚建铨
【申请人】天津大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月10日