太赫茲時(shí)域光譜儀校準(zhǔn)技術(shù)

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1、2016年6月宇航計(jì)測技術(shù)J吡，2016第36卷第5期Jo哪alofAstron肌ticMetrolog)randMe蹈u咒mentV01．36，No．5文章編號(hào)：1000一7202(2016)05一∞曬一07中圈分類號(hào)：r珀昕3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A太赫茲時(shí)域光譜儀校準(zhǔn)技術(shù)龔鵬偉1諶貝1謝文1姜河1馬紅梅1楊春濤1’2(1．北京無線電計(jì)量測試研究所，北京100039；2．計(jì)量與校準(zhǔn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100039)摘要本文簡要介紹了太赫茲時(shí)域光譜儀的原理，綜述了目前國外在太赫茲時(shí)域光譜儀校準(zhǔn)方面取得的重要進(jìn)展，并對(duì)不同校準(zhǔn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)作了評(píng)述。

2、關(guān)鍵詞太赫茲光譜儀計(jì)量校準(zhǔn)OVe而ewofTeralIertzTiIneDoI嘣nSpectro眥terCalibr螄onTechIliq玳GONGPeng．weilCHENBeilXIEWenlJLANGHelMAHong—meilYANGChun-ta01，2(1．BeijingIllstimteofRadioMe吶lo盯蚰dM哪u聊∞nt，B喇噸lO∞39，CIli眥；2．NatiorIalKey蹦舳toq0fMeholog)r蚰dCalib眥i∞‰hnolo盯，Beijing100039，Chi眥)Ak燈actIntllisp叩e

3、r，tllepfincipl船ofterahertztimedomainspect玎咖eterarede∞r(nóng)ibedbrief-ly．Wesunreytllekeypmg啷瞎interallenztimedomainspec曲眥tercalibr撕ontechIIiqIleabmad．Weal-∞r(nóng)eview山eadv跚tageanddi8adv跚tageford誑毛弛ntcalibmtionmetlIods．鬟對(duì)wor凼Teral他nzSp∞吶meterMeⅡDlog)rCalib陽缸o(hù)nl引言太赫茲波(Te出enz，簡稱THz)廣義上

4、是指頻率在0．1哪z～10THz范圍內(nèi)(波長3咖一30岬)的電磁波，它在電磁波譜中位于毫米波和紅外光之間。由于太赫茲波在電磁波譜中的特殊位置，決定了它在很多應(yīng)用方面具有很多優(yōu)勢。目前，應(yīng)用最為廣泛的是太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)。太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)是20世紀(jì)80年代由IBM公司的w鋤的n研究中心、哥倫比亞大學(xué)和BeU實(shí)驗(yàn)室提出并逐步發(fā)展起來的，它與傳統(tǒng)相關(guān)技術(shù)相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1)具有大約0．1THz～5THz的帶寬，如此大的帶寬用普通方法是很難得到的；2)太赫茲時(shí)域光譜儀可以在室溫下工作，從而避免了復(fù)雜的制冷系統(tǒng)；3)能夠以飛秒級(jí)的時(shí)間分辨力測

5、量波形，展示物質(zhì)中發(fā)生在亞皮秒或皮秒級(jí)上的現(xiàn)象；4)測量數(shù)據(jù)同時(shí)包含了太赫茲脈沖的幅度和相位信息，因而可以對(duì)樣品介電常數(shù)的實(shí)部和虛部同時(shí)進(jìn)行測量；5)具有10000左右的信噪比，如此高的信噪比允許相對(duì)較短的掃描時(shí)間，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；6)動(dòng)態(tài)范圍要高于基于測輻射熱計(jì)的太赫茲探測技術(shù)，可以對(duì)物質(zhì)的光學(xué)常數(shù)進(jìn)行更高準(zhǔn)確度的測量；7)能對(duì)多層結(jié)構(gòu)的物質(zhì)進(jìn)行多次反收稿日期：2015一∞一Ol，修回日期：2016一嘶·30作者筒介：龔鵬偉(1985．08一)，男，高級(jí)工程師，主要研究方向：太赫茲計(jì)量校準(zhǔn)技術(shù)和光電計(jì)量測試技術(shù)?！?·宇航計(jì)

6、測技術(shù)2016年射分析，能對(duì)每層薄膜的特性進(jìn)行無損測量。鑒于該技術(shù)的諸多優(yōu)勢，太赫茲時(shí)域光譜儀發(fā)展起來。在太赫茲時(shí)域光譜儀發(fā)展初期，它幾乎沒有被校準(zhǔn)，沒有標(biāo)準(zhǔn)的校準(zhǔn)方法或校準(zhǔn)先例，沒有通用的參數(shù)指標(biāo)的定義，導(dǎo)致不同系統(tǒng)之間測量數(shù)據(jù)的比較沒有說服力，偶爾還會(huì)出現(xiàn)不一致的測量數(shù)據(jù)。目前，太赫茲時(shí)域光譜儀是太赫茲測量領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的儀器設(shè)備，尤其是各種材料波譜特性的測量研究，例如介質(zhì)、半導(dǎo)體、金屬薄膜、納米材料、超材料、生物材料等。因此為了保證測量結(jié)果的重復(fù)性，以及不同測量系統(tǒng)和測量技術(shù)之間的可比較性，太赫茲時(shí)域光譜儀的計(jì)量就變得相當(dāng)重要，而且

7、成為一個(gè)亟待解決的問題。為了確保太赫茲時(shí)域光譜儀測量量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一，必須研究相應(yīng)的校準(zhǔn)方法對(duì)太赫茲時(shí)域光譜儀進(jìn)行校準(zhǔn)。到目前為止，國際上已經(jīng)發(fā)展出一些關(guān)于太赫茲時(shí)域光譜儀關(guān)鍵參數(shù)的校準(zhǔn)技術(shù)，但是仍然滯后于它的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面的不斷創(chuàng)新。本文將對(duì)太赫茲時(shí)域光譜儀的主要校準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行概趕赫茲輻射源太赫茲探測器《a)透射式太赫茲時(shí)域光譜儀括總結(jié)，為國內(nèi)開展相關(guān)研究提供參考。2太赫茲時(shí)域光譜儀太赫茲時(shí)域光譜儀本質(zhì)上是先測量未放置被測樣品時(shí)的太赫茲脈沖時(shí)域波形，作為參考數(shù)據(jù)；再測量放置被測樣品時(shí)，與被測樣品作用后的太赫茲脈沖時(shí)域波形，通過傅立葉變

8、換將測量到的時(shí)域波形變換到頻域，得到功率譜和相位譜。通過進(jìn)一步分析和計(jì)算兩次測量結(jié)果的差異，可以得到被測樣品與頻率有關(guān)的特性參數(shù)，例如復(fù)折射率、復(fù)介電常數(shù)和吸收系數(shù)等。典型的太赫茲時(shí)域光譜儀原