基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置及方法，激光模块用于提供探测光和耦合光，将原子制备至里德堡态；太赫兹差分信号产生器用于将入射的待测太赫兹场与本振场相互作用，从而产生太赫兹差分信号输入原子气室；原子气室用于将太赫兹差分信号转化为探测光的透射光强信号；信号模块用于对探测光透射光强信号作接收及分析处理。本发明专利技术利用里德堡原子对太赫兹波和光波的相干转换，将待测的太赫兹场转化为探测光携带的正弦振荡差分信号，通过解析该信号可以得到太赫兹的电场强度、频率、相位信息。本发明专利技术提高了对太赫兹探测的灵敏度，且装置简单，对环境条件要求不高，在正常室温环境下即可运行工作，更易于集成化。于集成化。于集成化。

【技术实现步骤摘要】
基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置及方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹探测领域，尤其是涉及一种基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置及方法。

技术介绍

[0002]传统意义上的太赫兹波检测技术主要分为太赫兹超短脉冲的时域测量和连续波太赫兹信号的测量。超短脉冲的时域测量常用的有利用光电导天线进行采样和使用非线性有机晶体的电光探测两种方法。在连续波太赫兹信号的测量中，又分为相干检测和非相干检测，相干探测器是一款既能够实现对探测信号幅度信息的采集又能够获取探测信号相位信息的探测器，其优点在于其很高的灵敏度和拥有的很高的频谱分辨率，是目前作为常用的高灵敏度检测手段之一；不过因为受到自身本振信号的限制，该探测器难以实现大规模的集成阵列。非相干检测按照探测原理可以分为热探测器与光子探测器。其中热探测器的工作原理是将吸收后的太赫兹辐射转换为探测器元件的电学或物理信号，热探测器结构简单，可探测的波谱范围较广，缺点在于灵敏度欠佳。光子探测器的工作原理主要是光电效应，当太赫兹波照射探测器表面材料，导致材料中原子或分子中的电子状态发生改变，通过将信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置，其特征在于，包括激光模块、太赫兹差分信号产生器、原子气室和信号模块；所述激光模块包括探测光激光器、耦合光激光器和二向色镜；其中，探测光激光器用于提供探测光；耦合光激光器用于提供耦合光；二向色镜用于反射耦合光至原子气室的同时，使探测光入射至光电探测器中；所述太赫兹差分信号产生器用于将入射的待测太赫兹场与本振场相互作用，从而产生太赫兹差分信号输入原子气室；所述原子气室用于将太赫兹差分信号转化为探测光的透射光强信号；所述信号模块用于接收和分析探测光携带的差分信号；包括光电探测器、示波器、频谱分析单元和相敏检波放大单元；其中，光电探测器用于接收探测光信号并将其转变为电信号；示波器用于将光电探测器接收到的信号转化为时域电压信号，以便于观察；频谱分析单元用于将时域电压信号作快速傅里叶变换至频域信号，以此对差分信号作频谱分析；相敏检波放大单元用于对比太赫兹差分信号与参考信号的相位，从而进行解调得到待测太赫兹场的相对相位。2.根据权利要求1所述的基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置，其特征在于，利用原子气室接收太赫兹差分信号，探测光会携带正弦振荡差分信号，通过解析这个信号得到待测太赫兹场的电场强度、频率和相位信息；原子气室接收太赫兹差分信号后，探测光会携带正弦振荡差分信号，其写为：P(t)＝C0+K0Ω
S
cos(2πδ
s
t+φ
s
)上式中P(t)为探测光信号，C0为探测光在原子气室前的初始光功率；K0为常数，它与探测光的波长λ
P
和原子气室的长度L的实验参数有关；π为圆周率，t为时间；Ω
S
为待测太赫兹场的拉比频率，它与太赫兹的电场强度呈正相关；δ
S
为待测太赫兹场和本振场的频率差；φ
S
为待测太赫兹场与本振场的相对相位；通过信号模块的示波器以及频谱分析单元和相敏检波放大单元解析该正弦振荡差分信号，分析Ω
S
计算待测太赫兹电场强度；分析δ
S
即为待测太赫兹场和本振场的频率差，从而计算待测太赫兹场的频率；分析φ
S
即为待测太赫兹场与本振场的相对相位。3.根据权利要求1所述的基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置，其特征在于，所述探测光激光器提供波长为852nm的探测光；所述耦合光激光器提供波长为515nm的耦合光。4.根据权利要求1所述的基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置，其特征在于，太赫兹电场强度的测量包括：太赫兹差分信号产生器先将入射的待测太赫兹场与本振场相互作用，产生太赫兹差分信号输入原子气室；原子气室将太赫兹差分信号转化为探测光的透射光强信号；光电探测器接收到探测光信号，将其转变为电信号，利用信号模块的频谱分析单元作快速傅里叶变换后转化为频域信号，而频谱的峰强与待测太赫兹场的强度呈线性正相关；太赫兹电场强度的测量就是根据这个线性关系来实现的，定标好二者的线性关系后，由频谱上的峰强来推算对应的太赫兹电场强度。5.根据权利要求1所述的基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置，其特征在于，太赫兹相位的测量包括：先通过太赫兹差分信号产生器将入射的待测太赫兹场与本振场相互作用，产生太赫兹差分信号输入原子气室；差分信号的相位是待测太赫兹场和本振
场的相位差；原子气室将太赫兹差分信号转化为探测光的透射光强信号；光电探测器接收到探测光信号，将其转变为电信号，利用信号模块的相敏检波放大单元将其与参考信号对比，最终解调得到待测太赫兹场的相对相位。6.根据权利要求1所述的基于室温原子的太赫兹相干探测与频谱分析装置，其特征在于，太赫兹频率的测量包括：通过太赫兹差分信号产生器将入射的待测太赫兹场与本振场相互作用，产生太赫兹差分信号输...

【专利技术属性】
技术研发人员：佘圳跃，李显喆，林雅益，尚燕飞，杨小林，黄巍，颜辉，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：