[发明专利]太赫兹探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹探测技术领域，特别是涉及太赫兹探测装置。

背景技术

太赫兹波(THz波)是指频率在0.1～10THz之间的电磁波，太赫兹波的波长短、没有电离辐射产生，同时还包含了丰富的光谱信息，可以用于鉴别物质类别和成分。太赫兹技术在医疗、食品、安全监测、军事等领域具有很大的应用前景。

随着超快激光技术的不断进步，太赫兹波是利用飞秒激光激发半导体表面和利用光电导发射接收机制进行产生和探测。其中，太赫兹光电导探测器是通过半导体材料上面的光导天线耦合太赫兹电磁波，形成载流子高速运动，从而产生瞬间电流。在太赫兹探测装置中，电路采集的时间常数τ可表示太赫兹波形探测装置输出信号随射入的太赫兹波变化的速率，例如入射的太赫兹波突然照射和消失时，探测器的输出不会立刻到达最大值或下降至零，而是随着时间常数τ的不同呈现对应的缓慢上升和下降。系统等效时间常数τ反应了装置的响应时间及动态特性。但是，当太赫兹信号较弱或光电导体的光强照度非常低时，放大模块的输入电流噪声、散粒噪声、约翰逊噪声等形成的噪声电流及耦合噪声电流，将高于太赫兹波所产生的实际电流。同时，放大器的阻抗与光电导天线的阻抗不匹配也会降低装置的性噪比。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种将光电导模块、响应调节模块及放大模块集成在同一PCB板上，消除和抑制噪声的传输和耦合，同时提高信噪比的太赫兹探测装置。

一种太赫兹探测装置，用于探测飞秒激光辐射产生的太赫兹波信号，包括PCB板以及设置在所述PCB板上的光电导模块、响应调节模块和放大模块，

所述光电导模块、响应调节模块、放大模块依次电连接；

所述光电导模块用于同时接收外部的飞秒激光和太赫兹波，并形成所述太赫兹波信号的电位差；

所述放大模块用于接收和放大所述太赫兹波信号；

所述响应调节调节模块用于调节所述光电导模块与所述放大模块之间的信噪比。

在其中一个实施例中，所述光电导模块包括依次层叠的衬底层、光电导层、光电导栅极以及设置在所述光电导栅极上的双极型偶极天线；

所述双极型偶极天线包括正极偶极天线和负极偶极天线；

所述响应调节模块分别与所述正极偶极天线、负极偶极天线连接。

在其中一个实施例中，所述响应调节模块包括第一电阻和第一电容；所述第一电阻与第一电容并联；

所述第一电阻的一端与所述正极偶极天线连接，所述第一电阻的另一端与所述负极偶极天线连接。

在其中一个实施例中，所述第一电阻的阻值与所述双极型偶极天线的等效电阻相等。

在其中一个实施例中，所述放大模块包括第一级放大电路、第二级放大电路和第三级放大电路；

所述第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路依次电连接；

所述第一级放大电路用于对所述太赫兹波信号进行放大；

所述第二级放大电路用于调节所述太赫兹波信号的放大增益；

所述第三级放大电路用于降低所述太赫兹探测装置的输出阻抗。

在其中一个实施例中，所述第一级放大电路包括第一耦合电阻和仪表放大器；

所述第一耦合电阻的两端分别与所述正极偶极天线、负极偶极天线连接；

所述仪表放大器的同相输入端与所述正极偶极天线连接，所述仪表放大器的反相输入端与所述负极偶极天线连接；所述仪表放大器的输出端与所述第二级放大电路连接。

在其中一个实施例中，所述第一级放大电路还包括第二电阻和第三电阻，且所述第二电阻与第三电阻的阻值相等；

所述第二电阻的一端与所述正极偶极天线连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第三电阻的一端与所述负极偶极天线连接，所述第三电阻的另一端接地。

在其中一个实施例中，所述第二级放大电路包括第二耦合电阻、第一运算放大器、数字电位器和偏置电压分压器；

所述第一运算放大器的反相输入端经所述第二耦合电阻与所述第一级放大电路的输出端连接；所述第一运算放大器的同相输入端与所述偏置电压分压器连接；

所述数字电位器连接在所述第一运算放大器的反相输入端与输出端之间；

所述第一运算放大器的输出端与所述第三级放大电路连接。

在其中一个实施例中，所述偏置电压分压器包括第四电阻、第五电阻和第六电阻；

所述第四电阻、第五电阻和第六电阻与外部供电电源依次串联形成回路，且所述第五电阻为滑动变阻器，