[发明专利]一种室温高灵敏太赫兹直接检测系统

说明书

本发明公开了一种室温高灵敏太赫兹直接检测系统，该系统包括：太赫兹源、一组抛物面反射镜、控制信号线、太赫兹聚焦透镜、硅基太赫兹检测器、直流偏置电压源、低噪声放大器及锁相放大器，在室温条件下，用直接检测的方法，对硅基太赫兹探测器进行了太赫兹信号检测。对340 GHz的接收信号，检测器的偏置电流4mA,系统的电压响应率优于1000 V/W,斩波频率为1 kHz时，系统的噪声电压为6nV/Hz^1/2，系统的等效噪声功率（NEP）优于6×10^‑12 W/Hz^1/2。对650 GHz的接收信号，检测器的偏置电流4mA，系统的电压响应率优于200 V/W，斩波频率为1 kHz时，系统的噪声电压为6nV/Hz^1/2，系统的NEP约优于3×10^‑11 W/Hz^1/2。本发明具有频带宽和灵敏度高的特点，在太赫兹功率探测和太赫兹成像方面具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明涉及太赫兹信号检测和太赫兹成像领域，尤其涉及一种可室温工作的太赫兹信号直接检测系统。

背景技术

太赫兹技术是一个非常重要的交叉领域，有其新颖而独特的性质，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了广阔的前景。太赫兹检测是太赫兹技术中的极为重要的一项关键技术，是太赫兹技术运用到实际科研和生产当中的关键环节。由于目前太赫兹辐射源的功率普遍较低，因此发展高灵敏度、高信噪比的太赫兹探测尤为重要。太赫兹探测方法很多，从太赫兹辐射的形式不同可以分为太赫兹脉冲辐射探测和太赫兹连续辐射探测，按照检测机制的不同可以分为直接检测（非相干检测）和外差混频检测（相干检测）。直接检测一般检测宽频带信号，具有操作简单的优点。其原理是高频信号通过斩波进入检波器后，在检波器输出端产生一个直流信号，该信号的幅度正比于输入高频信号的功率。由于这种测量无法得到信号的相位信息，因此称为非相干检测。外差混频中，射频和本振信号输入至混频器中产生中频信号，并经过低噪声放大器和滤波器后，通过频谱分析仪显示中频频谱，这种方法可以得到非常高的频谱分辨率，由于中频信号的相位等于射频信号的相位加一个常数，故能够还原出射频信号的幅度和相位信息，因此称之为相干检测。对于非相干接收器，探测器通常是射频（RF）前端电路中的第一个设备，并直接连接着天线。而对于相干接收器，探测器通常是电路中中频（IF）电路中的一个设备，位于RF前端电路的后方，它可以用混频器把RF 信号从太赫兹（THz）波段变换到频率很低的IF基带。

相干检测技术灵敏度高，且具有很高的频谱分辨率，是目前高灵敏度检测常用的手段；但相干检测技术结构复杂，成本昂贵，并需要高频率稳定度和一定输出功率的本振信号源，这在THz 波段是有较大难度的，从而也使其应用范围受到较大的限制。直接检测技术是将被测信号直接转化为直流电流或电压信号，因无需本振信号源和中频放大器等器件，从而使系统结构简单，动态范围宽，便于小型化，但它只能得到信号的幅度信息，因此这种检测技术比较适用于阵列多像元成像检测系统。

本发明是在室温条件下，用直接检测的方法，对制备的硅基太赫兹探测器进行了太赫兹信号检测。对340 GHz的接收信号，偏置电流4mA,测量系统的电压响应率约为1000V/W,斩波频率为1 kHz时，系统的噪声电压为6nV/ Hz^1/2,测量系统的NEP约为6×10^-12 W/Hz^1/2。对650 GHz的接收信号，偏置电流4mA,测量系统的电压响应率约为200 V/W,斩波频率为1 kHz时，系统的噪声电压为6nV/ Hz^1/2测量系统的NEP约为3×10^-11 W/Hz^1/2。

发明内容

为了在室温下实现对于太赫兹信号的高灵敏性检测，制备高灵敏太赫兹成像设备，本发明的目的提出了一种室温高灵敏太赫兹直接检测系统，该系统的太赫兹信号检测灵敏度高，响应时间快，系统简单，测试方便，通用性强。

实现本发明目的的具体技术方案是：