[发明专利]一种太赫兹频谱分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹频谱分析仪，特别涉及一种基于光子混频以及带太赫兹探测天线的光电转换器的太赫兹频谱分析仪。

背景技术

太赫兹(terahertz,THz)波介于毫米波与红外光两者之间，对应的波长从3mm到30μm，通常是指频率从100GHz到10THz的宽频谱电磁波。近年来，由于THz波在材料科学、物理学、生命科学、信息技术、天文学和国防安全等多个领域所展示的广阔的应用前景，THz科学与技术研究获得了飞速的发展。目前THz技术的日益发展对测量设备提出了向更高频率扩展的要求，频谱分析仪是测量信号频率的有效设备。

太赫兹波段处于微波波段与光波波段之间，这种特殊性给它的信号测量带来了很多困难，尤其是频率测量更为困难。THz波相对传统微波信号频率太高，无法使用频谱仪或者示波器直接测量；而它相对于光波信号频率又太低，无法采用干涉的方法来测量频率。目前太赫兹长波段频率测量普遍应用的是外差法，它是将被测信号与频率相当的本地振荡信号差频，通过分析输出的中频信号来获得被测太赫兹波的频率。

基于外差法，利用带太赫兹探测天线的光电转换器可以实现太赫兹的探测，并可以给出太赫兹波的频率。此种方法具有探测频谱范围宽、频谱分辨率高、室温工作及价格低等优点。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种太赫兹频谱分析仪，探测频谱范围宽、频谱分辨率高、室温工作。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种太赫兹频谱分析仪，包括激光器、三个光纤耦合器，分别为第一光纤耦合器、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器，光开关、移频环、三个光学延迟线，分别为第二光学延迟线、第三光学延迟线、第四光学延迟线、光电探测器、两个带太赫兹探测天线的光电转换器、两个太赫兹聚焦元件、太赫兹分光器；其中：激光器输出的连续光经第一光纤耦合器分为第一路和第二路，第一路输入光开关产生光脉冲后，输入移频环后产生一系列在时间上等间隔且在频率上等间隔增加的光脉冲，这些光脉冲经第三光纤耦合器被分为第三、四路光脉冲；第三路辐射在光电探测器上产生电流，用于控制第四光学延迟线的运动，第四路光脉冲通过第四光纤耦合器与第二路光一起分别经过第二光学延迟线和第三光学延迟线后，在同一时刻分别辐射在两个带太赫兹探测天线的光电转换器上，产生光生载流子；被探测的太赫兹波被太赫兹分光器分为两路，第一路太赫兹波经第四光学延迟线、太赫兹聚焦元件辐射在带太赫兹探测天线的光电转换器上，第二路太赫兹波经另一个太赫兹聚焦元件辐射在另一个带太赫兹探测天线的光电转换器上，两路太赫兹波分别给两个带太赫兹探测天线的光电转换器提供电场；在太赫兹电场的加速下，光生载流子加速运动产生电流，此电流正比于太赫兹波的电场幅值；分别测得电流，然后平方后求和，记为太赫兹波的辐射功率，从电流的时序中获得太赫兹波的频率，即可获得太赫兹波的频谱。

一种太赫兹频谱分析仪，包括激光器、三个光纤耦合器，分别为第五光纤耦合器、第八光纤耦合器、第九光纤耦合器、光开关、两个移频环、三个光学延迟线，分别为第七光学延迟线、第八光学延迟线、第九光学延迟线、光电探测器、两个带太赫兹探测天线的光电转换器、两个太赫兹聚焦元件、太赫兹分光器；其中，激光器输出的连续光经光开关产生光脉冲，经第五光纤耦合器分为第一路和第二路，第一路通过第六光纤耦合器输入移频环后产生一系列在时间上等间隔且在频率上等间隔增加的光脉冲，第二路通过第七光纤耦合器输入另一个移频环后产生一系列在时间上等间隔且在频率上等间隔减小的光脉冲；第一路光脉冲经第八光纤耦合器被分为第三、四路光脉冲；第三路辐射在光电探测器上产生电流用于控制第九光学延迟线的运动，第四路光脉冲通过第九光纤耦合器与第二路光一起分别经过第七、八光学延迟线后，在同一时刻分别辐射在两个带太赫兹探测天线的光电转换器上，产生光生载流子；被探测的太赫兹波经过太赫兹分光器分为第一路和第二路太赫兹波，第一路太赫兹波经第九光学延迟线和太赫兹聚焦元件辐射在带太赫兹探测天线的光电转换器上，第二路太赫兹波经另一个太赫兹聚焦元件辐射在另一个带太赫兹探测天线的光电转换器上，且这两路太赫兹波分别给两个带太赫兹探测天线的光电转换器提供电场；在太赫兹电场的加速下，光生载流子加速运动产生电流，此电流正比于太赫兹波的电场幅值；分别测得电流，然后平方后求和，记为太赫兹波的辐射功率，从电流的时序中获得太赫兹波的频率，即可获得太赫兹波的频谱。

所述的激光器为工作波长在300～2100nm的连续激光器。