一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置及方法。本发明专利技术通过CO2泵浦气体THz激光器、汇聚透镜、衰减器、主标准电替代辐射计、电控位移导轨系统、隔离罩、电测仪表和数据采集与控制系统实现，可实现THz光电探测器在THz波段内多频率点的绝对光谱响应率校准，从而解决THz功率的高精度测量问题，为重大工程的顺利开展和THz器件及设备的研制提供有力保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测试
，特别涉及一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置，还涉及一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准方法。
技术介绍
绝对光谱响应率是指探测器输出的光电流(或电压)与入射光功率的比值，表征光电转换的能力，对THz光电探测器的绝对光谱响应率进行校准是用其进行高精度THz功率测量的前提。THz技术在诸多领域的应用均产生了对THz光电探测器的绝对光谱响应率参数进行校准的需求，具体体现在：标定和比较THz光源；标定和比较THz探测器；在主动安检系统及医疗方面确定人体可接受的辐射照度上限；校准THz遥感和深空探测设备。对THz光电探测器的绝对光谱响应率进行高精度校准是一个亟待解决的问题，国内外还没有高精度的THz光电探测器绝对光谱响应率校准方案，无法实现工作探测器的高精度校准，不能满足重大工程及科研生产应用中THz器件及设备的高精度校准需要。 多家研究机构均开展了THz光电探测器绝对光谱响应率的校准研究工作。自2008年起，德国国家计量机构PTB开展了基于低温辐射计的THz探测器绝对光谱响应率校准研究，PTB研究人员用低温辐射计测量了工作频率为2.5THz的量子级联激光器的出射功率，然后此为主标准对热释电探测器的绝对光谱响应率参数进行校准。经校准后的热释电探测器便可作为标准探测器对THz功率进行测量或对其它THz探测器的绝对光谱响应进行校准。 德国PTB虽然建立了基于低温辐射计的THz光功率溯源及探测器校准装置，并开展了THz探测器绝对光谱响应率校准服务，但由于低温辐射计腔体对THz波的吸收存在7％的不确定度，校准装置本身的测量精度难以得到保证，显然，对于测量精度要求较高的场合，这种装置的校准效果并不能满足需求。此外，他们采用量子级联激光器作为THz光源，激光器只能在2.5THz频率点附近实现输出，因此校准频率点单一，其它频率处的校准精度更加难以得到保证；在校准中要求光源的功率稳定性达到一定指标，但未见他们进行量子级联激光器输出功率稳定性指标的确切说明；量子级联激光器需要在低温环境运行，因此致冷设施也导致校准装置体积较大，使用维护比较困难。 截止到目前，国内外还缺乏高精度的THz光电探测器绝对光谱响应率校准方法，无法实现THz光电探测器的高精度校准，导致不同探测器对THz功率的测量存在量值的不统一，不能够满足重大工程及科研生产应用中对THz器件及设备的高精度测试需要，严重限制着THz器件、系统在深空探测、遥感及空间通信等重大工程及科研专项中的应用。 因此，对THz光电探测器的绝对光谱响应率进行高精度校准是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提出一种高精度THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置及方法，可实现THz光电探测器在THz波段内多频率点的绝对光谱响应率校准，从而解决THz功率的高精度测量问题，为重大工程的顺利开展和THz器件及设备的研制提供有力保障。 本专利技术的技术方案是这样实现的： 一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置，包括：CO2泵浦气体THz激光器、汇聚透镜、衰减器、电替代辐射计、电控位移导轨系统、隔离罩、电测仪表和数据采集与控制系统； 所述CO2泵浦气体THz激光器为THz源，在其出射口设置汇聚透镜； 所述衰减器设置在电替代辐射计前面，对THz波进行衰减； 所述电替代辐射计为主标准探测器，所述电控位移导轨系统移动被测探测器到主标准探测器的位置，使两探测器的入射孔位置等同； 所述隔离罩包裹电替代辐射计和被测探测器； 所述数据采集与控制系统控制电控位移导轨系统，并将电测仪表采集到的信号进行数据分析处理，输出被测探测器的绝对光谱响应曲线； 所述电替代辐射计包括辐射吸收元件、电热丝和温度敏感元件，电替代辐射计外面还加设有用隔热材料制作的热屏蔽罩；所述辐射吸收元件采用平面吸收层结构，且在吸收层表面设置一个顶端开有圆孔的半球状反射罩，所述吸收层与热电堆相连接，电压表检测热电堆输出的热电势；电源、开关和设置在所述吸收层接收面上的电热丝构成闭合回路。 可选地，所述汇聚透镜材料采用Tsurupica。 可选地，所述衰减器由多只硅片组成，调节硅片的数量对THz波进行定量衰减。 可选地，所述电替代辐射计吸收层的吸收材料为纳米颗粒与超材料复合结构。 本专利技术还提供一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准方法，包括以下步骤： 步骤(a)，从CO2泵浦气体THz激光器发出的单色THz波束经透镜聚焦后入射到电替代辐射计中，由电替代辐射计测得入射THz波的绝对功率P； 步骤(b)，通过电控位移导轨系统将被测THz探测器切入光路，使被测THz探测器的入射孔位置与移动前电替代辐射计的入射孔位置等同并保证两个探测器的入射孔尺寸相同，用电测仪器测得被测THz探测器的输出电信号U； 步骤(c)，根据R＝U/P计算出被测THz探测器的绝对光谱响应率R。 可选地，调节所述CO2泵浦气体THz激光器，使其输出不同频率的THz波，再重复上述校准过程就可实现一系列分离频率点上被测探测器的绝对光谱响应率校准。 可选地，由电替代辐射计测得入射THz波的绝对功率P的步骤具体包括： 被测THz波经辐射计窗口入射到辐射计吸收层上，被吸收层吸收后产生温升，从而使与其相连的热电堆产生一热电势输出，并通过电压表探测出其具体数值； 然后，切断辐射束，合上加热电路开关，通过电加热使热电堆产生相同的热电势输出； 测量加热丝两端的电压值和电流值，从而计算出电功率，然后经过光电不等效修正得到入射THz波的功率。 本专利技术的有益效果是： (1)采用电替代辐射计作为主标准，该电替代辐射计对THz波的吸收率高达99.6％，且其THz功率测量不确定度为3％，而德国PTB采用的低温辐射计对THz波的测量不确定度为7.3％，因此本专利技术中的主标准器对THz波功率测量的不确定度较德国PTB大为改善，从而有效提高了校准精度； (2)采用CO2泵浦气体THz激光器作为光源，能够在THz波段实现多频率点输出，因此本专利技术可实现对THz光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置，其特征在于，包括：CO2泵浦气体THz激光器、汇聚透镜、衰减器、电替代辐射计、电控位移导轨系统、隔离罩、电测仪表和数据采集与控制系统；所述CO2泵浦气体THz激光器为THz源，在其出射口设置汇聚透镜；所述衰减器设置在电替代辐射计前面，对THz波进行衰减；所述电替代辐射计为主标准探测器，所述电控位移导轨系统移动被测探测器到主标准探测器的位置，使两探测器的入射孔位置等同；所述隔离罩包裹电替代辐射计和被测探测器；所述数据采集与控制系统控制电控位移导轨系统，并将电测仪表采集到的信号进行数据分析处理，输出被测探测器的绝对光谱响应曲线；所述电替代辐射计包括辐射吸收元件、电热丝和温度敏感元件，电替代辐射计外面还加设有用隔热材料制作的热屏蔽罩；所述辐射吸收元件采用平面吸收层结构，且在吸收层表面设置一个顶端开有圆孔的半球状反射罩，所述吸收层与热电堆相连接，电压表检测热电堆输出的热电势；电源、开关和设置在所述吸收层接收面上的电热丝构成闭合回路。

【技术特征摘要】
1.一种THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置，其特征在于，包括：
CO2泵浦气体THz激光器、汇聚透镜、衰减器、电替代辐射计、电控位移导轨
系统、隔离罩、电测仪表和数据采集与控制系统；
所述CO2泵浦气体THz激光器为THz源，在其出射口设置汇聚透镜；
所述衰减器设置在电替代辐射计前面，对THz波进行衰减；
所述电替代辐射计为主标准探测器，所述电控位移导轨系统移动被测探测
器到主标准探测器的位置，使两探测器的入射孔位置等同；
所述隔离罩包裹电替代辐射计和被测探测器；
所述数据采集与控制系统控制电控位移导轨系统，并将电测仪表采集到的
信号进行数据分析处理，输出被测探测器的绝对光谱响应曲线；
所述电替代辐射计包括辐射吸收元件、电热丝和温度敏感元件，电替代辐
射计外面还加设有用隔热材料制作的热屏蔽罩；所述辐射吸收元件采用平面吸
收层结构，且在吸收层表面设置一个顶端开有圆孔的半球状反射罩，所述吸收
层与热电堆相连接，电压表检测热电堆输出的热电势；电源、开关和设置在所
述吸收层接收面上的电热丝构成闭合回路。
2.如权利要求1所述的THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置，其特征
在于，所述汇聚透镜材料采用Tsurupica。
3.如权利要求1所述的THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置，其特征
在于，所述衰减器由多只硅片组成，调节硅片的数量对THz波进行定量衰减。
4.如权利要求1所述的THz光电探测器绝对光谱响应率校准装置，其特征
在于，所述电替代辐...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴斌，应承平，王恒飞，刘红元，李国超，王洪超，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37