CN105823555A - 一种连续太赫兹激光功率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续太赫兹激光功率测试装置，上位机分别与显示器、FPGA模块通信连接，FPGA模块分别与模数转换器、程控放大器通信连接，程控放大器分别与低通滤波器、差动放大器通信连接，低通滤波器与模数转换器通信连接，差动放大器通过多芯同轴电缆中的两根导线与太赫兹探测器线路连接，FPGA通过多芯同轴电缆中的其余导线与温度传感器、E2PROM线路连接。本发明降低了太赫兹探测器的制作工艺难度，避免了电路对太赫兹探测器输出信号的影响，拓宽了工作温度范围，提高了太赫兹激光功率的测试准确度和灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及太赫兹激光功率测试领域，尤其涉及一种连续太赫兹激光功率测试装置。
背景技术
太赫兹量子级联激光器、太赫兹返波管、太赫兹气体激光器、太赫兹成像系统、太赫兹探测器等太赫兹仪器在研制和使用时，需要对太赫兹功率进行测试。现有技术中常见的连续太赫兹激光功率测试装置的探测器的响应度分别是172mV/W、98mV/W，相对较低，不利于微弱连续太赫兹激光功率的测试。现有技术中，有的对吸收材料SiC微粒和3M粉末的尺寸和混合比例有严格限制，制作工艺复杂。有的采用碳纳米管阵列作为吸收材料，碳纳米管阵列需要先在硅基底上进行生长，然后转移到热电偶上面；由于碳纳米管质地松软，稍微碰触就会影响碳纳米管的阵列排布，从而影响碳纳米管的性能。而且碳纳米管在转移过程中，成品率较低，不利于工程化应用。另外，现有的连续太赫兹激光功率测试装置易受环境温度的影响，主要在室温条件下工作，而在环境温度变化时，现有技术不能实现太赫兹激光功率的准确测试。
因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种连续太赫兹激光功率测试装置，以拓宽工作温度范围，降低工艺难度，提高测量准确度与灵敏度。
为解决上述技术问题，本发明方案包括：
一种连续太赫兹激光功率测试装置，包括功率探头和数据处理电路，功率探头与数据处理电路之间设置有多芯同轴电缆；功率探头包含太赫兹探测器、温度传感器和E2PROM，数据处理电路包含上位机、显示器、FPGA模块、模数转换器、程控放大器、低通滤波器、差动放大器；上位机分别与显示器、FPGA模块通信连接，FPGA模块分别与模数转换器、程控放大器通信连接，程控放大器分别与低通滤波器、差动放大器通信连接，低通滤波器与模数转换器通信连接；多芯同轴电缆中的两根导线与太赫兹探测器线路连接，太赫兹探测器通过上述两根导线与差动放大器线路连接；多芯同轴电缆中的三根导线与温度传感器线路连接，温度传感器通过上述三根导线与FPGA模块连接；多芯同轴电缆中的六根导线与E2PROM连接，E2PROM通过上述六根导线与FPGA模块连接。
所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其中，太赫兹探测器包括热电偶，热电偶的上表面与下表面上均设置有导热胶，热体积吸收型中性玻璃粘附在热电偶的上表面，热电偶的下表面粘附在热沉上，热电偶上设置有正电极与负电极，正电极、负电极分别与多芯同轴电缆中对应的导线相连接。
所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其中，上述热电偶由66对Bi-Te热电材料进行串联构成。
所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其中，上述低通滤波器是截止频率为5Hz的低通滤波器。
所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其中，上述的多芯同轴电缆中与太赫兹探测器连接的两根导线外面有一层屏蔽层，多芯同轴电缆外面也有一层屏蔽层。
本发明提供的一种连续太赫兹激光功率测试装置，采用太赫兹探测器的两个电极通过差动放大器实现模拟电压输出，避免了电路对太赫兹探测器输出信号的影响，提高了太赫兹激光功率的测试准确度，差动放大器的输出模拟电压进入程控放大器，程控放大器可以对模拟电压进行不同倍数的放大，使其达到模数转换器的最佳工作电压范围；而且FPGA模块根据测量的温度值调取存储在E2PROM相应的温度补偿系数，对测量的太赫兹激光功率进行温度补偿，提高了太赫兹激光功率测试装置在不同温度条件下的测量准确度，从而拓宽了太赫兹激光功率测试装置的工作温度，提高了测量准确度与灵敏度；多芯同轴电缆中与太赫兹探测器连接的导线设计有一层屏蔽层，用于消除温度传感器和E2PROM信号对热电偶信号的电磁干扰。
附图说明
图1为本发明中连续太赫兹激光功率测试装置的结构示意图；
图2为本发明中太赫兹探测器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种连续太赫兹激光功率测试装置，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种连续太赫兹激光功率测试装置，如图1所示的，包括功率探头和数据处理电路，功率探头与数据处理电路之间设置有多芯同轴电缆8；功率探头包含太赫兹探测器9、温度传感器10和E2PROM11，数据处理电路包含上位机1、显示器2、FPGA模块3、模数转换器4、程控放大器5、低通滤波器6、差动放大器7；上位机1分别与显示器2、FPGA模块3通信连接，FPGA模块3分别与模数转换器4、程控放大器5通信连接，程控放大器5分别与低通滤波器6、差动放大器7通信连接，低通滤波器6与模数转换器4通信连接；多芯同轴电缆8中的两根导线与太赫兹探测器9线路连接，太赫兹探测器9通过上述两根导线与差动放大器7线路连接；多芯同轴电缆8中的三根导线与温度传感器线10路连接，温度传感器10通过上述三根导线与FPGA模块3连接；多芯同轴电缆8中的六根导线与E2PROM11连接，E2PROM11通过上述六根导线与FPGA模块3连接。
在本发明的另一较佳实施例中，如图2所示的，太赫兹探测器9包括热电偶12，热电偶12的上表面与下表面上均设置有导热胶13，热体积吸收型中性玻璃14粘附在热电偶12的上表面，热电偶12的下表面粘附在热沉15上，热电偶12上设置有正电极16与负电极17，正电极16、负电极17分别与多芯同轴电缆8中对应的导线相连接。而且上述热电偶12由66对Bi-Te热电材料进行串联构成。
上述低通滤波器6是截止频率为5Hz的低通滤波器。
上述的多芯同轴电缆8中与太赫兹探测器9连接的两根导线外面有一层屏蔽层，多芯同轴电缆8外面也有一层屏蔽层。
为了更进一步的描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。
热体积吸收型中性玻璃14通过导热胶13粘结在热电偶12一端，热电偶12另一端通过导热胶13粘结在热沉15上面。热电偶12具有正电极16和负电极17，两个电极通过多芯同轴电缆8连接到差动放大器7，差动放大器7把正电极16和负电极17的信号转换为电势差，此电势差即为太赫兹探测器9的输出模拟电压。太赫兹探测器9的两个电极通过差动放大器7实现模拟电压输出，避免了电路对太赫兹探测器9输出信号的影响，提高了太赫兹激光功率的测试准确度。差动放大器7的输出模拟电压进入程控放大器5，程控放大器5可以对模拟电压进行不同倍数的放大，使其达到模数转换器4的最佳工作电压范围。在实际使用时，程控放大器5的放大倍数命令由上位机1发送给FPGA模块3，通过FPGA模块3调节程控放大器5的放大倍数。程控放大器5的输出模拟电压进入低通滤波器6，通过设置低通滤波器6的截止频率为5Hz，可以很好的滤除噪声，提高信号的信噪比。低通滤波器6的输出模拟电压进入模数转换器4，转换为数字电压，然后传输给FPGA模块3，保存在FPGA模块3的寄存器中，FPGA模块3对数字电压进行求和取平均运算，进一步去除噪声，提高信号的信噪比。FPGA模块3输出的数字信号经上位机1之后，传输给显示器2进行显示。
温度传感器10通过多芯同轴电缆8与FPGA模块3相连，上位机1给FPGA模块3传输命令，用于控制温度传感器10的工作状态。温度传感器10测量的温度值通过多芯同轴电缆8传输给FPGA模块3，FPGA模块3根据测量的温度值调取存储在E2PROM11相应的温度补偿系数，对测量的太赫兹激光功率进行温度补偿，提高了太赫兹激光功率测试装置在不同温度条件下的测量准确度，从而拓宽了太赫兹激光功率测试装置的工作温度。
多芯同轴电缆8含有11根导线，其中两根导线与热电偶12连接，三根导线与温度传感器10连接，六根导线与E2PROM11连接。与热电偶12连接的两根导线外面设计有一层屏蔽层，能够消除温度传感器10信号线对热电偶12信号线的电磁干扰。多芯同轴电缆8也设计有一层屏蔽层，用于消除其它设备对多芯同轴电缆8的电磁干扰。
热体积吸收型中性玻璃14是固体，不易变形，可以用手拿捏，在太赫兹探测器9制作时，直接放在涂有导热胶13的热电偶12上面即可，工艺简单，有利于工程化应用。另外，热体积吸收型中性玻璃14能够吸收至少85％的太赫兹激光，具有较高的光热转换率。本发明的热电偶12采用66对Bi-Te热电材料进行串联设计，提高了热电转换率。
通过采用具有较高光热转换率的热体积吸收型中性玻璃14和较高热电转换率的热电偶12，本发明提高了太赫兹探测器的响应度，使其在3.48THz达到332mV/W。通过设计差动放大器7、截止频率为5Hz的低通滤波器6，降低了电路对信号的影响，提高了信噪比。本发明通过提高太赫兹探测器9的响应度和电路中信号的信噪比，提升了连续太赫兹激光功率测试装置对微弱太赫兹激光功率的测试能力，即提高了本发明的灵敏度。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (5)
1.一种连续太赫兹激光功率测试装置，其特征在于，包括功率探头和数据处理电路，功率探头与数据处理电路之间设置有多芯同轴电缆；功率探头包含太赫兹探测器、温度传感器和E2PROM，数据处理电路包含上位机、显示器、FPGA模块、模数转换器、程控放大器、低通滤波器、差动放大器；上位机分别与显示器、FPGA模块通信连接，FPGA模块分别与模数转换器、程控放大器通信连接，程控放大器分别与低通滤波器、差动放大器通信连接，低通滤波器与模数转换器通信连接；多芯同轴电缆中的两根导线与太赫兹探测器线路连接，太赫兹探测器通过上述两根导线与差动放大器线路连接；多芯同轴电缆中的三根导线与温度传感器线路连接，温度传感器通过上述三根导线与FPGA模块连接；多芯同轴电缆中的六根导线与E2PROM连接，E2PROM通过上述六根导线与FPGA模块连接。
2.根据权利要求1所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其特征在于，太赫兹探测器包括热电偶，热电偶的上表面与下表面上均设置有导热胶，热体积吸收型中性玻璃粘附在热电偶的上表面，热电偶的下表面粘附在热沉上，热电偶上设置有正电极与负电极，正电极、负电极分别与多芯同轴电缆中对应的导线相连接。
3.根据权利要求2所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其特征在于，上述热电偶由66对Bi-Te热电材料进行串联构成。
4.根据权利要求1所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其特征在于，上述低通滤波器是截止频率为5Hz的低通滤波器。
5.根据权利要求1所述的连续太赫兹激光功率测试装置，其特征在于，上述的多芯同轴电缆中与太赫兹探测器连接的两根导线外面有一层屏蔽层，多芯同轴电缆外面也有一层屏蔽层。
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