一種用于太赫茲波的功率校準裝置及其校準方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于太赫茲波的功率校準裝置及其校準方法，該功率校準裝置包括太赫茲波源(1)、準直透鏡(2)、聚焦透鏡(3)、標準功率計(4)以及待校功率計(5)；所述太赫茲波源(1)設(shè)置于所述準直透鏡(2)的一側(cè)，且所述太赫茲波源(1)位于所述準直透鏡(2)的焦點處；所述聚焦透鏡(3)設(shè)置于所述準直透鏡(2)的另一側(cè)；所述標準功率計(4)或所述待校功率計(5)在需要時設(shè)置于所述聚焦透鏡(3)的遠離所述準直透鏡(2)的一側(cè)的焦點處；所述太赫茲波源(1)和所述標準功率計(4)都位于所述準直透鏡(2)光心與所述聚焦透鏡(3)光心的連線上。所述功率校準裝置及其校準方法適用于0.5-0.7THz頻段的太赫茲波的功率校準。
【專利說明】一種用于太赫茲波的功率校準裝置及其校準方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太赫茲波的校準【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于太赫茲波的功率校準裝置及其校準方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲波(Terahertz)是指頻率介于微波和紅外光波之間的電磁波，通常指IOOGHz至IOTHz (波長3mm?30 μ m)頻段的電磁波。太赫茲波是電子學(xué)技術(shù)向光子學(xué)技術(shù)過渡的頻段。在20世紀末之前，由于缺乏穩(wěn)定可靠的輻射源和有效的探測技術(shù)，對于太赫茲波的研究長期處于空白狀態(tài)，這被稱為“太赫茲間隙”。
[0003]隨著電子學(xué)技術(shù)、激光技術(shù)和新材料技術(shù)的飛速發(fā)展，太赫茲技術(shù)及其應(yīng)用取得了長足的進步?？蒲泄ぷ髡哐芯堪l(fā)現(xiàn)，與其他頻段的電磁波相比，太赫茲波具有如下優(yōu)點:
[0004](I)太赫茲波的量子能量較低，頻率為ITHz的太赫茲波的量子能量大約為4meV，遠低于X射線高達千電子伏量級的量子能量；太赫茲波的量子能量低于各種化學(xué)鍵的鍵能，不會對生物組織產(chǎn)生有害的電離，非常適合人體安檢；
[0005](2)太赫茲波能夠以很小的衰減率穿透陶瓷、泡沫、墻體、布料和塑料等物質(zhì)，應(yīng)用太赫茲波可對上述物質(zhì)進行探測和監(jiān)控；
[0006](3)相比于微波和毫米波，太赫茲波的波長較短，因此，太赫茲波更適于獲得目標的精細成像；
[0007](4)太赫茲頻譜區(qū)聚集了大量的頻譜特征，常見爆炸物、違禁藥品以及多種晶體和半導(dǎo)體在太赫茲頻譜區(qū)域均具有非常顯著的頻譜特征，因此，應(yīng)用太赫茲波能夠有效地對物質(zhì)成分進行鑒別，其也被人們稱為物質(zhì)的“太赫茲指紋”。
[0008]上述優(yōu)點使得太赫茲波在反恐安檢、質(zhì)量控制和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用前景，也使其成為了當今國內(nèi)外的研究熱點之一。
[0009]太赫茲波的功率是其最基本的參數(shù)之一，太赫茲波功率的準確計量校準不僅直接關(guān)系到采用太赫茲波技術(shù)的整個系統(tǒng)的性能指標以及產(chǎn)品的后續(xù)開發(fā)，而且將會影響到整個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的規(guī)范和快速成長。因此，對太赫茲波的功率的校準技術(shù)的研究工作具有不可替代的核心地位。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有專門用于太赫茲波的功率校準裝置和校準方法，尤其是用于0.5-0.7THz的太赫茲波的功率校準裝置和校準方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的之一是提供一種用于太赫茲波的功率校準裝置。
[0012]本發(fā)明的目的之二是提供一種用于太赫茲波的功率校準方法。
[0013]本發(fā)明提供的用于太赫茲波的功率校準裝置包括:
[0014]太赫茲波源，用于產(chǎn)生太赫茲波；
[0015]準直透鏡，用于將來自太赫茲波源的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡光心與聚焦透鏡光心連線的太赫茲波；
[0016]聚焦透鏡，用于將來自準直透鏡的太赫茲波聚焦于標準功率計或待校功率計所在位置處；
[0017]標準功率計，用于測量獲得太赫茲波的第一功率值；以及
[0018]待校功率計，用于測量獲得太赫茲波的第二功率值；
[0019]所述太赫茲波源設(shè)置于所述準直透鏡的一側(cè)，且所述太赫茲波源位于所述準直透鏡的焦點處；所述聚焦透鏡設(shè)置于所述準直透鏡的另一側(cè)；所述標準功率計或所述待校功率計在需要時設(shè)置于所述聚焦透鏡的遠離所述準直透鏡的一側(cè)的焦點處；所述太赫茲波源和所述標準功率計都位于所述準直透鏡光心與所述聚焦透鏡光心的連線上。
[0020]優(yōu)選地，所述太赫茲波源為返波管振蕩器。
[0021]優(yōu)選地，所述準直透鏡和所述聚焦透鏡的材質(zhì)都為聚乙烯。
[0022]優(yōu)選地，所述標準功率計和所述待校功率計都為熱膨脹式太赫茲波探測器。
[0023]本發(fā)明提供的用于太赫茲波的功率校準方法包括如下步驟:
[0024]將標準功率計設(shè)置于聚焦透鏡的遠離準直透鏡的一側(cè)的焦點處；
[0025]利用太赫茲波源產(chǎn)生太赫茲波；
[0026]通過準直透鏡將來自太赫茲波源的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡光心與聚焦透鏡光心連線的太赫茲波；通過聚焦透鏡將來自準直透鏡的太赫茲波聚焦于標準功率計所在位置處，使得標準功率計能夠收集太赫茲波；
[0027]通過標準功率計測量獲得太赫茲波的第一功率值；
[0028]將待校功率計置于標準功率計所在位置處，太赫茲波源、準直透鏡和聚焦透鏡的位置都保持不變；
[0029]重復(fù)所述步驟“利用太赫茲波源產(chǎn)生太赫茲波”和所述步驟“通過準直透鏡將來自太赫茲波源的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡光心與聚焦透鏡光心連線的太赫茲波”;
[0030]通過聚焦透鏡將來自準直透鏡的太赫茲波聚焦于待校功率計所在位置處，使得待校功率計能夠收集太赫茲波；
[0031]通過待校功率計測量獲得太赫茲波的第二功率值；
[0032]根據(jù)太赫茲波的第一功率值和第二功率值計算得到待校功率計的校準因子。
[0033]優(yōu)選地，待校功率計的校準因子Ku的計算公式為:
[0034]Ku = Ks 務(wù);
[0035]其中，Pbu為太赫茲波的第一功率值；Pbs為太赫茲波的第二功率值；KS為標準功率計的校準因子的標稱值。
[0036]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0037](I)本發(fā)明的功率校準裝置適用于0.5-0.7THz頻段的太赫茲波的功率校準；
[0038](2)本發(fā)明的功率校準裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本較低；
[0039](3)本發(fā)明的功率校準方法基于交替比較法獲得待校功率計的校準因子，適用于
0.5-0.7THz頻段的太赫茲波的功率校準；
[0040](4)本發(fā)明的功率校準方法操作簡單，使用方便?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0041]圖1為本發(fā)明實施例提供的用于太赫茲波的功率校準裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之一；
[0042]圖2為本發(fā)明實施例提供的用于太赫茲波的功率校準裝置的結(jié)構(gòu)示意圖之二。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步的描述。
[0044]如圖1和圖2所示，本實施例提供的用于太赫茲波的功率校準裝置包括太赫茲波源1、準直透鏡2、聚焦透鏡3、標準功率計4和待校功率計5。
[0045]太赫茲波源I設(shè)置于準直透鏡2的一側(cè)，且太赫茲波源I位于準直透鏡2的焦點處。聚焦透鏡3設(shè)置于準直透鏡2的另一側(cè)。準直透鏡2和聚焦透鏡3構(gòu)成低損耗準光傳輸線。標準功率計4或待校功率計5在需要時設(shè)置于聚焦透鏡3的遠離準直透鏡2的一側(cè)的焦點處。太赫茲波源I和標準功率計4都位于準直透鏡2光心與聚焦透鏡3光心的連線上。
[0046]太赫茲波源I用于產(chǎn)生太赫茲波。準直透鏡2用于將來自太赫茲波源I的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡2光心與聚焦透鏡3光心連線的太赫茲波。聚焦透鏡3用于將來自準直透鏡2的太赫茲波聚焦于標準功率計4或待校功率計5所在位置處。標準功率計4用于測量獲得太赫茲波的第一功率值Pbu。待校功率計5用于測量獲得太赫茲波的第二功率值Pbs。
[0047]在本實施例中，太赫茲波源I例如為返波管振蕩器。在本實施例中，準直透鏡2和聚焦透鏡3的材質(zhì)例如都為聚乙烯。在本實施例中，標準功率計4和待校功率計5例如都為熱膨脹式太赫茲波探測器。
[0048]本實施例提供的用于太赫茲波的功率校準方法采用上述功率校準裝置。本實施例提供的用于太赫茲波的功率校準方法包括如下步驟:
[0049]S1:將標準功率計4設(shè)置于聚焦透鏡3的遠離準直透鏡2的一側(cè)的焦點處，如圖1所示；
[0050]S2:利用太赫茲波源I產(chǎn)生太赫茲波；
[0051]S3:通過準直透鏡2將來自太赫茲波源I的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡2光心與聚焦透鏡3光心連線的太赫茲波；
[0052]S4:通過聚焦透鏡3將來自準直透鏡2的太赫茲波聚焦于標準功率計4所在位置處，使得標準功率計4能夠收集太赫茲波；
[0053]S5:通過標準功率計4測量獲得太赫茲波的第一功率值Pbu ；
[0054]S6:將待校功率計5置于標準功率計4所在位置處，太赫茲波源1、準直透鏡2和聚焦透鏡3的位置都保持不變，即用待校功率計5替換標準功率計4 ；
[0055]S7:重復(fù)上述步驟S2和S3 ；
[0056]S8:通過聚焦透鏡3將來自準直透鏡2的準直太赫茲波聚焦于待校功率計5所在位置處，使得待校功率計5能夠收集太赫茲波；
[0057]S9:通過待校功率計5測量獲得太赫茲波的第二功率值Pbs ；
[0058]SlO:根據(jù)太赫茲波的第一功率值Pbu和第二功率值Pbs計算得到待校功率計5的校準因子Ku。
[0059]上述步驟SlO中，待校功率計5的校準因子Ku的計算公式為:
【權(quán)利要求】
1.一種用于太赫茲波的功率校準裝置，其特征在于，該功率校準裝置包括: 太赫茲波源(1)，用于產(chǎn)生太赫茲波； 準直透鏡(2)，用于將來自太赫茲波源(1)的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡(2)光心與聚焦透鏡(3)光心連線的太赫茲波； 聚焦透鏡(3)，用于將來自準直透鏡(2)的太赫茲波聚焦于標準功率計(4)或待校功率計(5)所在位置處； 標準功率計(4)，用于測量獲得太赫茲波的第一功率值；以及 待校功率計(5)，用于測量獲得太赫茲波的第二功率值； 所述太赫茲波源(1)設(shè)置于所述準直透鏡(2)的一側(cè)，且所述太赫茲波源(1)位于所述準直透鏡(2)的焦點處；所述聚焦透鏡(3)設(shè)置于所述準直透鏡(2)的另一側(cè)；所述標準功率計(4)或所述待校功率計(5)在需要時設(shè)置于所述聚焦透鏡(3)的遠離所述準直透鏡(2)的一側(cè)的焦點處；所述太赫茲波源(1)和所述標準功率計(4)都位于所述準直透鏡(2)光心與所述聚焦透鏡(3)光心的連線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波的功率校準裝置，其特征在于，所述太赫茲波源(1)為返波管振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波的功率校準裝置，其特征在于，所述準直透鏡(2)和所述聚焦透鏡(3)的材質(zhì)都為聚乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于太赫茲波的功率校準裝置，其特征在于，所述標準功率計(4)和所述待校功率計(5)都為熱膨脹式太赫茲波探測器。
5.一種用于太赫茲波的功率校準方法，該功率校準方法采用所述權(quán)利要求1-4中任一項所述的功率校準裝置，其特征在于，該功率校準方法包括如下步驟: 將標準功率計(4)設(shè)置于聚焦透鏡(3)的遠離準直透鏡(2)的一側(cè)的焦點處； 利用太赫茲波源(I)產(chǎn)生太赫茲波； 通過準直透鏡(2)將來自太赫茲波源(1)的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡(2)光心與聚焦透鏡(3)光心連線的太赫茲波；通過聚焦透鏡(3)將來自準直透鏡(2)的太赫茲波聚焦于標準功率計(4)所在位置處，使得標準功率計(4)能夠收集太赫茲波； 通過標準功率計(4)測量獲得太赫茲波的第一功率值； 將待校功率計(5)置于標準功率計(4)所在位置處，太赫茲波源(1)、準直透鏡(2)和聚焦透鏡(3)的位置都保持不變； 重復(fù)所述步驟“利用太赫茲波源(1)產(chǎn)生太赫茲波”和所述步驟“通過準直透鏡(2)將來自太赫茲波源(1)的太赫茲波準直成傳播方向平行于準直透鏡(2)光心與聚焦透鏡(3)光心連線的太赫茲波”； 通過聚焦透鏡(3)將來自準直透鏡(2)的太赫茲波聚焦于待校功率計(5)所在位置處，使得待校功率計(5)能夠收集太赫茲波； 通過待校功率計(5)測量獲得太赫茲波的第二功率值； 根據(jù)太赫茲波的第一功率值和第二功率值計算得到待校功率計(5)的校準因子。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于太赫茲波的功率校準方法，其特征在于，待校功率計(5)的校準因子Ku的計算公式為:
【文檔編號】H04B10/07GK103634044SQ201310624828
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】石凡, 張振偉, 崔永順, 趙環(huán), 王暖讓, 楊仁福, 年豐, 楊春濤, 葛軍, 楊于杰, 馮克明 申請人:北京無線電計量測試研究所