太赫茲脈沖計量技術(shù)

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1、2010年2月宇航計測技術(shù)Feb．第30卷第1期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．30，No．1文章編號：1000—7202(2010)01—0024—04中圖分類號：TB973文獻標識碼：A太赫茲脈沖計量技術(shù)馬茹1，2馬紅梅1龔鵬偉1楊春濤1’2(1．北京無線電計量測試研究所；2．計量與校準技術(shù)國防重點實驗室北京100039)摘要太赫茲(以下簡稱THz)波位于微波到紅外光學的過渡區(qū)域，具有重要的學術(shù)價值，在民用和國防等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。高速器件產(chǎn)生或傳輸?shù)某烀}沖寬

2、度已達皮秒量級，帶寬已進入太赫茲頻段。傳統(tǒng)技術(shù)和方法無法解決此類器件的校準問題．而結(jié)合光電技術(shù)的時域電光取樣(EOS)技術(shù)則為太赫茲脈沖計量提供了有效的手段，本文對此類新技術(shù)進行了全面的概述。關(guān)鍵詞太赫茲脈沖電光取樣取樣示波器光電探測器脈沖產(chǎn)生器TerahertzPulseMetrologyTechnologyMAZhel”MAHong．reel“GONGPeng—wel—YANGChun．ta01·2(1BeijingInstituteofRadioMetrologyandMeasurement；2NationalKeyLab

3、oratoryofMetrologyandCalibrationTechnologyBeijing，100039)AbstractBetweenmicrowaveandinfraredoptics，terahertzwavehasimportantacademicvaluesandbroadapplicationsinthedomainofciviliantechnologyandnationaldefense．High—speedequipmentsanddevicescangenerateandtransferultra·f

4、astpulseswiththeirwidthinpicosecondmagnitude，andthebroadwidthofthesepulsesreachesterahertzfrequency．Traditionaltechniquesandmethodscannotsolvethecalibrationproblemsofthesedevices．Combiningwithoptoelectronics，timedomainelectro-opticsam·pling(EOS)technologysupplieseffe

5、ctivemethodfortheterahertzpulsesmetrology，andtheseadvancedtechnologiesaregenerallysummarizedinthispaper．KeywordsTerahertzpulsesElectro·opticsamplingSamplingoscilloscopePhotodiodePulsegenerator1引言太赫茲波是指頻率范圍在0．1THz到10THz的電磁波，位于微波和紅外光之間。近年來，太赫茲技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用前景，如太赫茲成像、醫(yī)療、通信

6、、安防、時域光譜、無損探測、工業(yè)控制、空間探測和保密通信等?。許多高速設(shè)備和器件的帶寬已達太赫茲頻段，如脈寬皮秒、帶寬百吉赫茲的高端通信設(shè)備和器件舊1，寬帶取樣示波器的3dB帶寬也已達100GHz，高速光電探測器和高速脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的脈寬或上升沿已達皮秒量級。準確測量時域響應(yīng)需測定傳遞函數(shù)，包括3dB帶寬以外的幅度和相位信息。傳統(tǒng)的無線電計量技術(shù)已無法滿足要求，而結(jié)合光電技術(shù)的時域電光取樣技術(shù)(EOS)的測量帶寬可達數(shù)百吉赫茲，為太赫茲脈沖的計量提供了有效的手段¨1。近年來國際計量機構(gòu)，如英國的NPL、美國的NIST和德國的PT

7、B均開展了太赫茲脈沖計量技術(shù)的研究，并建立了相應(yīng)的計量標準。太赫茲脈沖計量技術(shù)是涵蓋微波、光學、電子學和計量學的新交叉學科，本文將對其進行全面的綜述，主要內(nèi)容涵蓋寬第1期太赫茲脈沖計量技術(shù)·25·帶取樣示波器、高速光電探測器和高速脈沖產(chǎn)生器的校準技術(shù)。2寬帶取樣示波器的校準隨著高頻技術(shù)的發(fā)展，寬帶取樣示波器在測量超快高帶寬的信號上應(yīng)用越來越廣泛。測量寬帶取樣示波器的沖擊響應(yīng)和幅頻響應(yīng)特性的方法主要有三類：1)掃頻校準方法可準確溯源到功率計的校準，但它無法確定示波器頻響中的相位信息；2)“Nose—to—Hose”(NTN)方法需

8、要三臺示波器，兩兩配對測量，從而計算出每臺示波器的幅頻響應(yīng)特性，但它方法依賴一些固有的假設(shè)，而且只對特定示波器有效；3)標準脈沖法比較直接，它通過從測量結(jié)果中反卷積分離標準脈沖的信息來確定示波器幅頻響應(yīng)。這種方法需要上升沿足夠快、高頻段具有足夠能量的標準脈沖源。