CN104535200B - 一种用于太赫兹频率的测量方法 - Google Patents

Abstract

该发明一种用于太赫兹频率的测量方法，属于太赫兹检测技术领域。该方法首先将待测太赫兹波入射第一分光镜，使折射波的出射方向垂直于第一分光镜；使第一分光镜的折射波垂直入射第二分光镜，再分别测量出第二分光镜的出射波与第一分光镜的折射波能量大小，实时记录；通过缓慢的平行移动第二分光镜，增大或缩小两分光镜之间的距离；将同一时刻第二分光镜出射波与第一分光镜折射波能量大小相除，得到的数值以第二分光镜的位置值为横坐标绘制成一个波形图，而相邻波峰之间第二分光镜移动的距离即为待测太赫兹波的波长，最终获得其频率。特别适用于馈入的太赫兹波噪声较强，性噪比较低的情况，可以有效减少测量误差，大大提高测量精度。

Description

一种用于太赫兹频率的测量方法

技术领域

本发明属于太赫兹检测技术领域，涉及太赫兹波长的检测与计算，具体是一种测量太赫兹波段频率的方法。

背景技术

太赫兹是频率单位，简写为THz，等于1,000,000,000,000Hz，通常用于表示电磁波频率。太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在3mm到30um范围，介于微波与红外之间。太赫兹的独特性能给通信(宽带通信)、雷达、电子对抗、电磁武器、天文学、医学成像(无标记的基因检查、细胞水平的成像)、无损检测、安全检查(生化物的检查)等领域带来了深远的影响。THz技术在物理学、材料科学、生命科学、天文学、环境监测、信息技术和国防科技等方面都有巨大应用前景，这个巨大的需求推动着THz技术的发展。

太赫兹波段处于微波波段与光波波段之间，这种特殊性给它的信号测量带来了很多困难，尤其是频率测量更为困难。太赫兹波相对传统微波信号频率太高，无法使用频谱仪或者示波器直接测量；而它相对于光波信号频率又太低，无法采用干涉的方法来测量频率。目前太赫兹长波段频率测量普遍应用的是外差法，它是将被测信号与频率相当的本地振荡信号差频，通过分析输出的中频信号来获得被测太赫兹波的频率，但是外插法需要提供一个频率相当的本振源，此本振源在太赫兹低频段容易实现，在高频段将很难实现，况且提供一个宽频带的本振源是相当困难的，这将大大增加了太赫兹频率测量的成本。目前由于市面上几乎没有宽频带的太赫兹功率源，这就极大地制约了太赫兹频率测量技术的发展。由于太赫兹波段介于微波与光波之间，所以太赫兹波频率的测量可以仿照光学的谐振形成驻波的方法实现频率测量。

发明内容

本发明的目的在于根据现有的太赫兹波功率检测设备提出一种结构简单、操作方便、效率较高、性能显著的宽频带太赫兹频率检测方法。

本发明的解决方案为一种用于太赫兹频率的测量方法，该方法首先将待测太赫兹波入射第一分光镜，使折射波的出射方向垂直于第一分光镜；然后使第一分光镜的折射波垂直入射第二分光镜，然后分别测量出第二分光镜的出射波与第一分光镜的折射波能量大小，并实时记录；通过缓慢的平行移动第二分光镜，增大或缩小两分光镜之间的距离，并实时记录移动距离；将同一时刻第二分光镜出射波与第一分光镜折射波能量大小相除，得到的数值以第二分光镜的位置值为横坐标绘制成一个波形图，而相邻波峰之间第二分光镜移动的距离即为待测太赫兹波的波长，最终获得其频率。

进一步的，将第一分光镜的反射波入射一全反射镜，经过反射后传播方向与第二分光镜的折射波传播方向相同；然后将全反射镜的反射波与第二分光镜的折射波平行入射同一斩波器，使入射斩波器的两波同一时间只有一个能通过，然后将通过斩波器的两束波会聚到一处，检测该处波的能量大小，并实时记录，记录得到一系列数值，将相邻的两个数值划分为一组，每组中一个数值为第二分光镜折射波的能量，另一个为全反射镜反射波的能量；将每组内的第二分光镜折射波的能量除以全反射镜反射波的能量得到一数值，将每组的计算结果以第二分光镜的位置值为横坐标绘制成一个波形图，而相邻波峰之间第二分光镜移动的距离即为待测太赫兹波的波长，最终获得其频率。

进一步的，所述两分光镜都采用折射波能量为入射波能量的50％的分光镜。

进一步的，采用热释电探测器测量波的能量大小。

本发明是一种用于太赫兹频率的测量方法，它特别适用于馈入的太赫兹波噪声较强，性噪比较低的情况，可以有效减少测量误差，大大提高测量精度。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

图2是一次具体实施方式的计算结果波形图。

1.太赫兹入射波；2.太赫兹反射波；3.全反射镜；4.分光镜；5.太赫兹透射波(谐振波)；6.百分之五十分光镜；7.太赫兹谐振输出波；8.太赫兹入射波对照组；9.斩波器；10.太赫兹会聚镜；11.热释电探测器；12示波器；13数据采集卡。

具体实施方式

下面结合附图和标记对本发明的具体实施方式进行详细说明。

图1所示为本发明的实验原理图，其中具体描述了各个元件的位置摆放和光路的搭建。其元件有3全反射镜，4百分之五十分光镜，6百分之五十分光镜，9斩波器，10太赫兹会聚镜，11热释电探测器。

将各个元件按照图1所示光路搭建好，将1太赫兹入射波打到4百分之五十分光镜上，此时太赫兹入射波1分解成两部分，一部分是2太赫兹反射波通过3全反射镜进行反射形成8太赫兹入射波对照组，另一部分透过4百分之五十分光镜进入太赫兹谐振腔中进行振荡，振荡波中有一部分透过6百分之五十分光镜输出成为7太赫兹谐振输出波，此时8太赫兹入射波对照组和7太赫兹谐振输出波同时到9达斩波器，此9斩波器的叶片为半透半挡型，按照1:1的占空比依次输出7太赫兹谐振输出波和8太赫兹入射波对照组。经过10太赫兹会聚镜会聚后的输出功率被11热释电探测器接收，该11热释电探测器与12示波器和13数据采集卡相连，能实时反映输出功率的变化情况。

由于光路中加入了9斩波器，热释电探测器能同时显示7太赫兹谐振输出波和8太赫兹入射波对照组的功率值，利用13数据采集卡的编程功能，将7太赫兹谐振输出波和8太赫兹入射波对照组的功率值进行除法运算得到一个值a，每移动6一次百分之五十分光镜就会得到一个比值a，连续移动百分之五十分光镜时得到的比值a就形成了一个连续的正弦波信号，通过连续调节6百分之五十分光镜使13数据采集卡上的正弦波信号连续出现n次峰值，记录6分光镜在谐振输出信号第一次出现峰值的位置x1以及第n次出现峰值的位置x2，如图2所示。

有了以上记录的数据，就可以计算出太赫兹入射波的波长，其计算公式为则相应的太赫兹频率为

由于辐射出的太赫兹波功率很小，在没有入射波对照组的情况下很难判断输出谐振波的峰值，从而会引起很大的计算误差。9斩波器和10太赫兹会聚镜的引入很好的解决了计算误差大的问题，同时也大大提高了11热释电探测器的检测效率和检测利用率。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种用于太赫兹频率的测量方法，该方法首先将待测太赫兹波入射第一分光镜，使折射波的出射方向垂直于第一分光镜；然后使第一分光镜的折射波垂直入射第二分光镜，然后分别测量出第二分光镜的出射波与第一分光镜的折射波能量大小，并实时记录；通过缓慢的平行移动第二分光镜，增大或缩小两分光镜之间的距离，并实时记录移动距离；将同一时刻第二分光镜出射波与第一分光镜折射波能量大小相除，得到的数值以第二分光镜的位置值为横坐标绘制成一个波形图，而相邻波峰之间第二分光镜移动的距离即为待测太赫兹波的波长，最终获得其频率。

2.如权利要求1所述的一种用于太赫兹频率的测量方法，其特征在于将第一分光镜的反射波入射一全反射镜，经过反射后传播方向与第二分光镜的折射波传播方向相同；然后将全反射镜的反射波与第二分光镜的折射波平行入射同一斩波器，使入射斩波器的两波同一时间只有一个能通过，然后将通过斩波器的两束波会聚到一处，检测该处波的能量大小，并实时记录，记录得到一系列数值，将相邻的两个数值划分为一组，每组中一个数值为第二分光镜折射波的能量，另一个为全反射镜反射波的能量；将每组内的第二分光镜折射波的能量除以全反射镜反射波的能量得到一数值，将每组的计算结果以第二分光镜的位置值为横坐标绘制成一个波形图，而相邻波峰之间第二分光镜移动的距离即为待测太赫兹波的波长，最终获得其频率。

3.如权利要求1所述的一种用于太赫兹频率的测量方法，其特征在于所述第一分光镜、第二分光镜都采用折射波能量为入射波能量的50％的分光镜。

4.如权利要求1所述的一种用于太赫兹频率的测量方法，其特征在于采用热释电探测器测量波的能量大小。