CN103634044A - 一种用于太赫兹波的功率校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于太赫兹波的功率校准装置及其校准方法，该功率校准装置包括太赫兹波源(1)、准直透镜(2)、聚焦透镜(3)、标准功率计(4)以及待校功率计(5)；所述太赫兹波源(1)设置于所述准直透镜(2)的一侧，且所述太赫兹波源(1)位于所述准直透镜(2)的焦点处；所述聚焦透镜(3)设置于所述准直透镜(2)的另一侧；所述标准功率计(4)或所述待校功率计(5)在需要时设置于所述聚焦透镜(3)的远离所述准直透镜(2)的一侧的焦点处；所述太赫兹波源(1)和所述标准功率计(4)都位于所述准直透镜(2)光心与所述聚焦透镜(3)光心的连线上。所述功率校准装置及其校准方法适用于0.5-0.7THz频段的太赫兹波的功率校准。

Description

一种用于太赫兹波的功率校准装置及其校准方法

技术领域

本发明涉及一种太赫兹波的校准技术领域，特别涉及一种用于太赫兹波的功率校准装置及其校准方法。

背景技术

太赫兹波（Terahertz）是指频率介于微波和红外光波之间的电磁波，通常指100GHz至10THz（波长3mm～30μm）频段的电磁波。太赫兹波是电子学技术向光子学技术过渡的频段。在20世纪末之前，由于缺乏稳定可靠的辐射源和有效的探测技术，对于太赫兹波的研究长期处于空白状态，这被称为“太赫兹间隙”。

随着电子学技术、激光技术和新材料技术的飞速发展，太赫兹技术及其应用取得了长足的进步。科研工作者研究发现，与其他频段的电磁波相比，太赫兹波具有如下优点：

(1)太赫兹波的量子能量较低，频率为1THz的太赫兹波的量子能量大约为4meV，远低于X射线高达千电子伏量级的量子能量；太赫兹波的量子能量低于各种化学键的键能，不会对生物组织产生有害的电离，非常适合人体安检；

(2)太赫兹波能够以很小的衰减率穿透陶瓷、泡沫、墙体、布料和塑料等物质，应用太赫兹波可对上述物质进行探测和监控；

(3)相比于微波和毫米波，太赫兹波的波长较短，因此，太赫兹波更适于获得目标的精细成像；

(4)太赫兹频谱区聚集了大量的频谱特征，常见爆炸物、违禁药品以及多种晶体和半导体在太赫兹频谱区域均具有非常显著的频谱特征，因此，应用太赫兹波能够有效地对物质成分进行鉴别，其也被人们称为物质的“太赫兹指纹”。

上述优点使得太赫兹波在反恐安检、质量控制和医疗卫生等领域拥有巨大的应用前景，也使其成为了当今国内外的研究热点之一。

太赫兹波的功率是其最基本的参数之一，太赫兹波功率的准确计量校准不仅直接关系到采用太赫兹波技术的整个系统的性能指标以及产品的后续开发，而且将会影响到整个产业领域的规范和快速成长。因此，对太赫兹波的功率的校准技术的研究工作具有不可替代的核心地位。

现有技术中，还没有专门用于太赫兹波的功率校准装置和校准方法，尤其是用于0.5-0.7THz的太赫兹波的功率校准装置和校准方法。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于太赫兹波的功率校准装置。

本发明的目的之二是提供一种用于太赫兹波的功率校准方法。

本发明提供的用于太赫兹波的功率校准装置包括：

太赫兹波源，用于产生太赫兹波；

准直透镜，用于将来自太赫兹波源的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜光心与聚焦透镜光心连线的太赫兹波；

聚焦透镜，用于将来自准直透镜的太赫兹波聚焦于标准功率计或待校功率计所在位置处；

标准功率计，用于测量获得太赫兹波的第一功率值；以及

待校功率计，用于测量获得太赫兹波的第二功率值；

所述太赫兹波源设置于所述准直透镜的一侧，且所述太赫兹波源位于所述准直透镜的焦点处；所述聚焦透镜设置于所述准直透镜的另一侧；所述标准功率计或所述待校功率计在需要时设置于所述聚焦透镜的远离所述准直透镜的一侧的焦点处；所述太赫兹波源和所述标准功率计都位于所述准直透镜光心与所述聚焦透镜光心的连线上。

优选地，所述太赫兹波源为返波管振荡器。

优选地，所述准直透镜和所述聚焦透镜的材质都为聚乙烯。

优选地，所述标准功率计和所述待校功率计都为热膨胀式太赫兹波探测器。

本发明提供的用于太赫兹波的功率校准方法包括如下步骤：

将标准功率计设置于聚焦透镜的远离准直透镜的一侧的焦点处；

利用太赫兹波源产生太赫兹波；

通过准直透镜将来自太赫兹波源的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜光心与聚焦透镜光心连线的太赫兹波；通过聚焦透镜将来自准直透镜的太赫兹波聚焦于标准功率计所在位置处，使得标准功率计能够收集太赫兹波；

通过标准功率计测量获得太赫兹波的第一功率值；

将待校功率计置于标准功率计所在位置处，太赫兹波源、准直透镜和聚焦透镜的位置都保持不变；

重复所述步骤“利用太赫兹波源产生太赫兹波”和所述步骤“通过准直透镜将来自太赫兹波源的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜光心与聚焦透镜光心连线的太赫兹波”；

通过聚焦透镜将来自准直透镜的太赫兹波聚焦于待校功率计所在位置处，使得待校功率计能够收集太赫兹波；

通过待校功率计测量获得太赫兹波的第二功率值；

根据太赫兹波的第一功率值和第二功率值计算得到待校功率计的校准因子。

优选地，待校功率计的校准因子K_u的计算公式为：

$K_u=K_s\frac{P_{\mathrm{bu}}}{P_{\mathrm{bs}}};$

其中，P_bu为太赫兹波的第一功率值；P_bs为太赫兹波的第二功率值；K_s为标准功率计的校准因子的标称值。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的功率校准装置适用于0.5-0.7THz频段的太赫兹波的功率校准；

(2)本发明的功率校准装置结构简单，成本较低；

(3)本发明的功率校准方法基于交替比较法获得待校功率计的校准因子，适用于0.5-0.7THz频段的太赫兹波的功率校准；

(4)本发明的功率校准方法操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于太赫兹波的功率校准装置的结构示意图之一；

图2为本发明实施例提供的用于太赫兹波的功率校准装置的结构示意图之二。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进一步的描述。

如图1和图2所示，本实施例提供的用于太赫兹波的功率校准装置包括太赫兹波源1、准直透镜2、聚焦透镜3、标准功率计4和待校功率计5。

太赫兹波源1设置于准直透镜2的一侧，且太赫兹波源1位于准直透镜2的焦点处。聚焦透镜3设置于准直透镜2的另一侧。准直透镜2和聚焦透镜3构成低损耗准光传输线。标准功率计4或待校功率计5在需要时设置于聚焦透镜3的远离准直透镜2的一侧的焦点处。太赫兹波源1和标准功率计4都位于准直透镜2光心与聚焦透镜3光心的连线上。

太赫兹波源1用于产生太赫兹波。准直透镜2用于将来自太赫兹波源1的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜2光心与聚焦透镜3光心连线的太赫兹波。聚焦透镜3用于将来自准直透镜2的太赫兹波聚焦于标准功率计4或待校功率计5所在位置处。标准功率计4用于测量获得太赫兹波的第一功率值P_bu。待校功率计5用于测量获得太赫兹波的第二功率值P_bs。

在本实施例中，太赫兹波源1例如为返波管振荡器。在本实施例中，准直透镜2和聚焦透镜3的材质例如都为聚乙烯。在本实施例中，标准功率计4和待校功率计5例如都为热膨胀式太赫兹波探测器。

本实施例提供的用于太赫兹波的功率校准方法采用上述功率校准装置。本实施例提供的用于太赫兹波的功率校准方法包括如下步骤：

S1：将标准功率计4设置于聚焦透镜3的远离准直透镜2的一侧的焦点处，如图1所示；

S2：利用太赫兹波源1产生太赫兹波；

S3：通过准直透镜2将来自太赫兹波源1的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜2光心与聚焦透镜3光心连线的太赫兹波；

S4：通过聚焦透镜3将来自准直透镜2的太赫兹波聚焦于标准功率计4所在位置处，使得标准功率计4能够收集太赫兹波；

S5：通过标准功率计4测量获得太赫兹波的第一功率值P_bu；

S6：将待校功率计5置于标准功率计4所在位置处，太赫兹波源1、准直透镜2和聚焦透镜3的位置都保持不变，即用待校功率计5替换标准功率计4；

S7：重复上述步骤S2和S3；

S8：通过聚焦透镜3将来自准直透镜2的准直太赫兹波聚焦于待校功率计5所在位置处，使得待校功率计5能够收集太赫兹波；

S9：通过待校功率计5测量获得太赫兹波的第二功率值P_bs；

S10：根据太赫兹波的第一功率值P_bu和第二功率值P_bs计算得到待校功率计5的校准因子K_u。

上述步骤S10中，待校功率计5的校准因子K_u的计算公式为：

$K_u=K_s\frac{P_{\mathrm{bu}}}{P_{\mathrm{bs}}};$

其中，P_bu为太赫兹波的第一功率值；P_bs为太赫兹波的第二功率值；K_s为标准功率计4的校准因子的标称值。

本实施例的所述功率校准装置适用于0.5-0.7THz频段的太赫兹波的功率校准。所述功率校准装置结构简单，成本较低。

本实施例的所述功率校准方法基于交替比较法获得待校功率计的校准因子，适用于0.5-0.7THz频段的太赫兹波的功率校准。所述功率校准方法操作简单，使用方便。

应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于太赫兹波的功率校准装置，其特征在于，该功率校准装置包括：

太赫兹波源(1)，用于产生太赫兹波；

准直透镜(2)，用于将来自太赫兹波源(1)的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜(2)光心与聚焦透镜(3)光心连线的太赫兹波；

聚焦透镜(3)，用于将来自准直透镜(2)的太赫兹波聚焦于标准功率计(4)或待校功率计(5)所在位置处；

标准功率计(4)，用于测量获得太赫兹波的第一功率值；以及

待校功率计(5)，用于测量获得太赫兹波的第二功率值；

所述太赫兹波源(1)设置于所述准直透镜(2)的一侧，且所述太赫兹波源(1)位于所述准直透镜(2)的焦点处；所述聚焦透镜(3)设置于所述准直透镜(2)的另一侧；所述标准功率计(4)或所述待校功率计(5)在需要时设置于所述聚焦透镜(3)的远离所述准直透镜(2)的一侧的焦点处；所述太赫兹波源(1)和所述标准功率计(4)都位于所述准直透镜(2)光心与所述聚焦透镜(3)光心的连线上。

2.根据权利要求1所述的用于太赫兹波的功率校准装置，其特征在于，所述太赫兹波源(1)为返波管振荡器。

3.根据权利要求1所述的用于太赫兹波的功率校准装置，其特征在于，所述准直透镜(2)和所述聚焦透镜(3)的材质都为聚乙烯。

4.根据权利要求1所述的用于太赫兹波的功率校准装置，其特征在于，所述标准功率计(4)和所述待校功率计(5)都为热膨胀式太赫兹波探测器。

5.一种用于太赫兹波的功率校准方法，该功率校准方法采用所述权利要求1-4中任一项所述的功率校准装置，其特征在于，该功率校准方法包括如下步骤：

将标准功率计(4)设置于聚焦透镜(3)的远离准直透镜(2)的一侧的焦点处；

利用太赫兹波源(1)产生太赫兹波；

通过准直透镜(2)将来自太赫兹波源(1)的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜(2)光心与聚焦透镜(3)光心连线的太赫兹波；通过聚焦透镜(3)将来自准直透镜(2)的太赫兹波聚焦于标准功率计(4)所在位置处，使得标准功率计(4)能够收集太赫兹波；

通过标准功率计(4)测量获得太赫兹波的第一功率值；

将待校功率计(5)置于标准功率计(4)所在位置处，太赫兹波源(1)、准直透镜(2)和聚焦透镜(3)的位置都保持不变；

重复所述步骤“利用太赫兹波源(1)产生太赫兹波”和所述步骤“通过准直透镜(2)将来自太赫兹波源(1)的太赫兹波准直成传播方向平行于准直透镜(2)光心与聚焦透镜(3)光心连线的太赫兹波”；

通过聚焦透镜(3)将来自准直透镜(2)的太赫兹波聚焦于待校功率计(5)所在位置处，使得待校功率计(5)能够收集太赫兹波；

通过待校功率计(5)测量获得太赫兹波的第二功率值；

根据太赫兹波的第一功率值和第二功率值计算得到待校功率计(5)的校准因子。

6.根据权利要求5所述的用于太赫兹波的功率校准方法，其特征在于，待校功率计(5)的校准因子K_u的计算公式为：

$K_u=K_s\frac{P_{\mathrm{bu}}}{P_{\mathrm{bs}}};$

其中，P_bu为太赫兹波的第一功率值；P_bs为太赫兹波的第二功率值；K_s为标准功率计(4)的校准因子的标称值。

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