CN107144345B - 一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及，一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置及方法，该方法基于所述装置，该方法包括：(1)测试太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系；(2)根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系，设置一组太赫兹源的工作波长，测试太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子；(3)根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系，设置一组环境温度，测试太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子；计算得到温度校正因子β与环境温度T的线性关系；(4)校准太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率。本发明提高了太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度，降低太赫兹激光功率计的波长校准误差，提高校准效率。

Description

一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法
技术领域
本发明属于太赫兹激光功率测试的技术领域，特别是涉及一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法。
背景技术
太赫兹(THz)频段是指频率0.1THz～10THz的电磁波，频率范围宽。太赫兹及其应用技术已经成为科学界的热点领域，在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。为了实现宽频率范围太赫兹激光功率的测试，太赫兹激光功率计一般采用热电堆探测器实现太赫兹光电信号的转换。
在现有技术中，太赫兹激光功率的测试中使用的太赫兹激光功率计存在一定的不足：
第一，热电堆探测器的工作性能与环境温度有关，现有的采用热电堆探测器制作的太赫兹激光功率计主要在室温下校准，因此，太赫兹激光功率计在其它环境温度时无法实现太赫兹激光功率的准确测试。
第二，现有技术通过测试热电堆探测器在太赫兹频段部分频率点的光谱响应度，采用插值算法计算热电堆探测器在测试频率点的响应度，实现太赫兹激光功率计的波长校准；然而该测试过程繁琐，校准误差较大。
综上所述，现有技术中对于如何提高太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度的问题，以及如何降低太赫兹激光功率计的校准误差、提高校准效率问题，缺乏有效的解决方案。
发明内容
本发明为了克服现有技术中对于如何提高太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度的问题，以及如何降低太赫兹激光功率计的校准误差、提高校准效率问题，提供一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法。实现有效提高太赫兹激光功率计在不同温度的测试准确度，降低波长校准误差，简化校准过程。
为了实现上述目的，本发明采用如下另一种技术方案：
一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置，
该装置包括：太赫兹源、太赫兹衰减器、标准太赫兹功率计、太赫兹激光功率计、环境试验箱和滑动导轨；
所述太赫兹衰减器位于所述太赫兹源发射的太赫兹激光的光轴上；所述滑动导轨与所述太赫兹激光的光轴垂直；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计设置于所述滑动导轨上，将所述太赫兹激光功率计设置于环境试验箱中；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计可沿所述滑动导轨交替移动至所述太赫兹激光的光轴上；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计的光敏面与所述太赫兹激光的光轴垂直；所述太赫兹源发射的太赫兹激光通过太赫兹衰减器之后，垂直入射到标准太赫兹功率计或太赫兹激光功率计。
进一步的，所述太赫兹源输出的激光在0.1THz～10THz可调。
进一步的，所述太赫兹衰减器、标准太赫兹功率计、太赫兹激光功率计的工作频率范围是0.1THz～10THz。
本发明为了克服现有技术中对于如何提高太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度的问题，以及如何降低太赫兹激光功率计的校准误差提高校准效率尚的问题，提供一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置与方法。实现有效提高太赫兹激光功率计在不同温度的测试准确度，降低波长校准误差，简化校准过程。
为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：
一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，该方法基于所述装置，该方法包括：
(1)测试太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系；
(2)根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系，设置一组太赫兹源的工作波长，测试太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子；
(3)根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系，设置一组环境温度，测试太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子；计算得到温度校正因子β与环境温度T的线性关系；
(4)校准太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率。
进一步的，所述步骤(1)中，测试太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系的具体步骤为：
(1-1)使用标准功率计测试太赫兹源的输出功率；
(1-2)用太赫兹激光功率计替换标准功率计，并将所述输出功率作为太赫兹激光功率计的输入功率；记录太赫兹激光功率计的示值电压；
(1-3)等间隔调节太赫兹衰减器的衰减比，重复步骤(1-1)和步骤(1-2)，获得一组标准功率计的测试功率值与太赫兹激光功率计的示值电压值；
(1-4)对步骤(1-3)中的测试功率值和示值电压值进行拟合计算，得到太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系。
进一步的，所述步骤(1-4)中，采用非线性最小二乘法对步骤(1-3)中的测试功率值和示值电压值进行拟合计算。
进一步的，所述步骤(2)中，测试太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子的具体步骤为：
(2-1)使用标准功率计测试太赫兹源的输出功率；
(2-2)用太赫兹激光功率计替换标准功率计，并将所述输出功率作为太赫兹激光功率计的输入功率；记录太赫兹激光功率计的示值电压；
(2-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，使用步骤(2-2)测试的太赫兹激光功率计的示值电压，计算太赫兹激光功率计测试的功率值；
(2-4)计算太赫兹激光功率计的输入功率与太赫兹激光功率计测试的功率值的商，得到太赫兹激光功率计的校正因子；
(2-5)根据设置的一组太赫兹源的工作波长，重复步骤(2-1)-步骤(2-4)，得到太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子。
进一步的，所述步骤(3)中，设置一组环境温度具体为设置所述环境试验箱的温度，且一组环境温度为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃。
进一步的，所述步骤(3)中，测试太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子的具体步骤为：
(3-1)使用标准功率计测试太赫兹源的输出功率；
(3-2)用太赫兹激光功率计替换标准功率计，并将所述输出功率作为太赫兹激光功率计的输入功率；记录太赫兹激光功率计的示值电压；
(3-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，使用步骤(3-2)测试的太赫兹激光功率计的示值电压，计算太赫兹激光功率计测试的功率值；
(3-4)计算太赫兹激光功率计的输入功率与太赫兹激光功率计测试的功率值的商，得到太赫兹激光功率计的校正因子；
(3-5)根据设置的一组环境温度，重复步骤(3-1)-步骤(3-4)，得到太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子。
进一步的，所述步骤(3)中，采用非线性最小二乘法计算得到温度校正因子与环境温度的线性关系。
进一步的，所述步骤(4)中，校准太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率的具体步骤为：
(4-1)根据太赫兹源的工作波长，选取太赫兹激光功率计的波长校正因子；
(4-2)根据太赫兹激光功率计内部的温度传感器测试工作环境温度，利用温度校正因子与环境温度的线性关系计算得到温度校正因子；
(4-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，计算太赫兹激光功率计的示值电压对应的输入功率，然后计算输入功率与波长校正因子、温度校正因子的乘积，得到太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，通过温度校正因子，提高了太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度；
(2)本发明的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，通过波长校正因子，有效降低太赫兹激光功率计的波长校准误差，提高校准效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置的结构示意图；
图2为一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法的流程图。
具体实施方式：
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在对于如何提高太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度的问题，以及如何降低太赫兹激光功率计的校准误差提高校准效率尚的问题，本实施例提供一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置与方法。实现有效提高太赫兹激光功率计在不同温度的测试准确度，降低波长校准误差，简化校准过程。
本申请的一种典型的实施方式中，采用如下技术方案：
如图1所示，
一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置，该装置包括：
太赫兹源、太赫兹衰减器、标准太赫兹功率计、太赫兹激光功率计、环境试验箱和滑动导轨；
所述太赫兹衰减器位于所述太赫兹源发射的太赫兹激光的光轴上；所述滑动导轨与所述太赫兹激光的光轴垂直；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计设置于所述滑动导轨上，所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计可沿所述滑动导轨交替移动至所述太赫兹激光的光轴上；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计的光敏面与所述太赫兹激光的光轴垂直；所述太赫兹源发射的太赫兹激光通过太赫兹衰减器之后，垂直入射到标准太赫兹功率计或太赫兹激光功率计。
在本实施例中，所述太赫兹源输出的激光在0.1THz～10THz可调。
在本实施例中，所述太赫兹衰减器、标准太赫兹功率计、太赫兹激光功率计的工作频率范围是0.1THz～10THz。
实施例2：
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在对于如何提高太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度的问题，以及如何降低太赫兹激光功率计的校准误差提高校准效率尚的问题，本实施例提供一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置与方法。实现有效提高太赫兹激光功率计在不同温度的测试准确度，降低波长校准误差，简化校准过程。
本申请的一种典型的实施方式中，采用如下技术方案：
如图2所示，
一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，该方法基于所述装置，该方法包括：
步骤(1)：测试太赫兹激光功率计的输入功率P与示值电压V之间的线性关系；
在本实施例中，所述步骤(1)中，测试太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系的具体步骤为：
(1-1)设置太赫兹源的工作波长λ1和标准功率计的工作波长λ1，使用标准功率计测试太赫兹源的输出功率P；
(1-2)把标准功率计移出光路，把太赫兹激光功率计通过滑动导轨移入光路，并将所述输出功率P作为太赫兹激光功率计的输入功率P；记录太赫兹激光功率计的示值电压V；
(1-3)等间隔调节太赫兹衰减器的衰减比，重复步骤(1-1)和步骤(1-2)，获得一组标准功率计的测试功率值Pi(i＝1,2,…,M)与太赫兹激光功率计的示值电压值Vi(i＝1,2,…,M)，M≥3且为正整数；
(1-4)采用非线性最小二乘法对对步骤(1-3)中的测试功率值Pi和示值电压值Vi进行拟合计算，得到太赫兹激光功率计的输入功率P与示值电压V之间的线性关系：
P＝a1·V+b1
式中，a1、b1分别是拟合系数。
步骤(2)：根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系依次设置太赫兹源的工作波长λj(j＝2,3,…,N)和标准功率计的工作波长λj(j＝2,3,…,N)，N≥2且为正整数；测试太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子；
在本实施例中，所述步骤(2)中，测试太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子的具体步骤为：
(2-1)使用标准功率计测试太赫兹源的输出功率Ps(λj)；
(2-2)用太赫兹激光功率计替换标准功率计，并将所述输出功率Ps(λj)作为太赫兹激光功率计的输入功率Ps(λj)；记录太赫兹激光功率计的示值电压V(λj)；
(2-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，使用步骤(2-2)测试的太赫兹激光功率计的示值电压，计算太赫兹激光功率计测试的功率值P(λj)；
(2-4)计算太赫兹激光功率计的输入功率Ps(λj)与太赫兹激光功率计测试的功率值P(λj)的商，得到太赫兹激光功率计的校正因子α(λj)：
(2-5)根据设置的一组太赫兹源的工作波长，重复步骤(2-1)-步骤(2-4)，得到太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子。
步骤(3)：设置太赫兹源的工作波长λ1和标准功率计的工作波长λ1，使根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系，设置一组环境温度，测试太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子；计算得到温度校正因子β与环境温度T的线性关系；
在本实施例中，设置一组环境温度具体为设置所述环境试验箱的温度，且一组环境温度为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃。
在本实施例中，所述步骤(3)中，测试太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子的具体步骤为：
(3-1)使用标准功率计测试太赫兹源的输出功率Ps(λ1)；
(3-2)用太赫兹激光功率计替换标准功率计，并将所述输出功率Ps(λ1)作为太赫兹激光功率计的输入功率Ps(λ1)；记录太赫兹激光功率计在不同温度时的示值电压Vk(k＝1,2,…,9)；
(3-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，使用步骤(3-2)测试的太赫兹激光功率计的示值电压，计算太赫兹激光功率计在不同温度时的测试的功率值Pk(k＝1,2,…,9)；
(3-4)计算太赫兹激光功率计的输入功率与太赫兹激光功率计测试的功率值的商，得到太赫兹激光功率计的校正因子；
(3-5)根据设置的一组环境温度，重复步骤(3-1)-步骤(3-4)，得到太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子。
在本实施例中，所述步骤(3)中，采用非线性最小二乘法计算得到温度校正因子与环境温度的线性关系：
β＝a2·T+b2
式中，a2、b2分别是拟合系数。。
步骤(4)：校准太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率。
在本实施例中，所述步骤(4)中，校准太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率的具体步骤为：
(4-1)根据太赫兹源的工作波长λ，选取太赫兹激光功率计的波长校正因子α(λ)；
(4-2)根据太赫兹激光功率计内部的温度传感器测试工作环境温度T，利用温度校正因子β与环境温度T的线性关系计算得到温度校正因子β(T)；
(4-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，计算太赫兹激光功率计的示值电压对应的输入功率，然后计算输入功率与波长校正因子、温度校正因子的乘积，得到太赫兹激光功率计在测试波长λ和环境温度T时的测试功率：
P(λ,T)＝α(λ)·β(T)·(a1·V+b1)。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，通过温度校正因子，提高了太赫兹激光功率计在不同环境温度的测试准确度；
(2)本发明的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，通过波长校正因子，有效降低太赫兹激光功率计的波长校准误差，提高校准效率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并非对本发明保护范围的限制，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改、等同替换或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，该方法基于一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准装置，该装置包括：太赫兹源、太赫兹衰减器、标准太赫兹功率计、太赫兹激光功率计、环境试验箱和滑动导轨；
所述太赫兹衰减器位于所述太赫兹源发射的太赫兹激光的光轴上；所述滑动导轨与所述太赫兹激光的光轴垂直；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计设置于所述滑动导轨上，将所述太赫兹激光功率计设置于环境试验箱中；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计可沿所述滑动导轨交替移动至所述太赫兹激光的光轴上；所述标准太赫兹功率计和太赫兹激光功率计的光敏面与所述太赫兹激光的光轴垂直；所述太赫兹源发射的太赫兹激光通过太赫兹衰减器之后，垂直入射到标准太赫兹功率计或太赫兹激光功率计，其特征是：该方法包括：
(1)测试太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系；
(2)根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系，设置一组太赫兹源的工作波长，测试太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子；
所述步骤(2)中，测试太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子的具体步骤为：
(2-1)使用标准太赫兹功率计测试太赫兹源的输出功率；
(2-2)用太赫兹激光功率计替换标准太赫兹功率计，并将所述输出功率作为太赫兹激光功率计的输入功率；记录太赫兹激光功率计的示值电压；
(2-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，使用步骤(2-2)测试的太赫兹激光功率计的示值电压，计算太赫兹激光功率计测试的功率值；
(2-4)计算太赫兹激光功率计的输入功率与太赫兹激光功率计测试的功率值的商，得到太赫兹激光功率计的校正因子；
(2-5)根据设置的一组太赫兹源的工作波长，重复步骤(2-1)-步骤(2-4)，得到太赫兹激光功率计在不同波长下的校正因子；
(3)根据步骤(1)中输入功率与示值电压之间的线性关系，设置一组环境温度，测试太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子；计算得到温度校正因子β与环境温度T的线性关系；
所述步骤(3)中，设置一组环境温度具体为设置所述环境试验箱的温度，且一组环境温度为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃；
所述步骤(3)中，测试太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子的具体步骤为：
(3-1)使用标准太赫兹功率计测试太赫兹源的输出功率；
(3-2)用太赫兹激光功率计替换标准太赫兹功率计，并将所述输出功率作为太赫兹激光功率计的输入功率；记录太赫兹激光功率计的示值电压；
(3-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，使用步骤(3-2)测试的太赫兹激光功率计的示值电压，计算太赫兹激光功率计测试的功率值；
(3-4)计算太赫兹激光功率计的输入功率与太赫兹激光功率计测试的功率值的商，得到太赫兹激光功率计的校正因子；
(3-5)根据设置的一组环境温度，重复步骤(3-1)-步骤(3-4)，得到太赫兹激光功率计在不同温度下的校正因子；
(4)校准太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率；
所述步骤(4)中，校准太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率的具体步骤为：
(4-1)根据太赫兹源的工作波长，选取太赫兹激光功率计的波长校正因子；
(4-2)根据太赫兹激光功率计内部的温度传感器测试工作环境温度，利用温度校正因子与环境温度的线性关系计算得到温度校正因子；
(4-3)根据步骤(1)中得到的太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系，计算太赫兹激光功率计的示值电压对应的输入功率，然后计算输入功率与波长校正因子、温度校正因子的乘积，得到太赫兹激光功率计在测试波长和环境温度时的测试功率。
2.如权利要求1所述的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，其特征是：所述太赫兹源输出的激光在0.1THz～10THz可调。
3.如权利要求1所述的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，其特征是：所述太赫兹衰减器、标准太赫兹功率计、太赫兹激光功率计的工作频率范围是0.1THz～10THz。
4.如权利要求1所述的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，其特征是：所述步骤(1)中，测试太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系的具体步骤为：
(1-1)使用标准太赫兹功率计测试太赫兹源的输出功率；
(1-2)用太赫兹激光功率计替换标准太赫兹功率计，并将所述输出功率作为太赫兹激光功率计的输入功率；记录太赫兹激光功率计的示值电压；
(1-3)等间隔调节太赫兹衰减器的衰减比，重复步骤(1-1)和步骤(1-2)，获得一组标准太赫兹功率计的测试功率值与太赫兹激光功率计的示值电压值；
(1-4)对步骤(1-3)中的测试功率值和示值电压值进行拟合计算，得到太赫兹激光功率计的输入功率与示值电压之间的线性关系。
5.如权利要求4所述的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，其特征是：所述步骤(1-4)中，采用非线性最小二乘法对步骤(1-3)中的测试功率值和示值电压值进行拟合计算。
6.如权利要求1所述的一种多波长与宽温度太赫兹激光功率计的校准方法，其特征是：所述步骤(3)中，采用非线性最小二乘法计算得到温度校正因子与环境温度的线性关系。
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