太赫兹脉冲测量技术及其在计量领域的应用.pdf

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1、2013年10月第33卷第5期宇航计测技术JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementOct．，2013V01．33，No．5文章编号：1000—7202(2013)05—0001—08中图分类号：0441文献标识码：A太赫兹脉冲测量技术及其在计量领域的应用龚鹏伟谢文姜河马红梅杨春涛(北京无线电计量测试研究所，北京100039)摘要本文对国内外太赫兹脉冲的产生和测量技术进行了综述，详细介绍了太赫兹脉冲产生与测量技术的原理和优缺点，以及太赫兹脉冲技术在宽带示波器、超快光电探测器、超快脉冲产生器等仪

2、器设备计量中的应用。关键词太赫兹脉冲太赫兹产生太赫兹测量+太赫兹计量MeasurementTechniqueofTerahertzPulsesandApplicationinMetrologyGONGPeng-·weiXIEWenJIANGHeMAHong-·meiYANGChun．．tao(BeijingInstituteofRadioMetrologyandMeasurement，Beijing100039)AbstractRecentdevelopmentofgenerationandmeasurementtechniqueoft

3、erahertzpulseshavebeenreviewedinthispaper．Detailedinstructionsalsoshowforgenerationandmeasurementtechniqueofterahertzpulsesaswellastheirmeritsanddrawbacks．Andtheapplicationofterahertzpulsestechnologyinmetrologyhavebeengiven，suchaswidebandwitdhosscilloscope，uhrafastphotod

4、etector，ultrafastpulsegenerator，widebandwidthcombgeneratorandSOon．KeywordsTerahertzpulseTerahertzgenerationTerahertzmeasurement+Terahertzmetrology1引言电磁波信号总是沿着连续波信号和脉冲信号两种信号形式向前发展，太赫兹频段的信号也不例外。太赫兹波通常是指频率在(0．1～10)THz，波长在(0．03—3)mm的连续波，太赫兹脉冲通常是指半幅度脉冲宽度在(0．1～10)ps的脉冲信号。太赫兹的长

5、波段与毫米波、亚毫米波相重合，其发展主要依靠电子学技术；而它的短波段与红外光相重合，其发展主要依靠光子学技术。近20年来的发展使得太赫兹的产生技术、传输技术和测量技术都得到了极大的提高，与之相对应的太赫兹器件、太赫兹仪器相继应运而生，同时太赫兹的特性也逐渐被人们认识的更加清楚。目前，太赫兹领域已经取得了很多重大的科研成果，但是依然存在很多技术困难，需要继续攻关，距离广泛的实际应用还有很长的路要走，对我们科研工作者来说是机遇与挑战并存。太赫兹脉冲作为太赫兹技术发展的重要方向之一，被国内外大量的科研工作者所重视，在太赫兹脉冲的产生与测量方面

6、做了大量工作，研究出了多种太赫兹脉冲产生与测量的技术，本文将在第二部分和第三部分进行详细介绍。目前，电子学技术只能产生太赫兹脉冲半幅度宽度较宽的脉冲信号，基本上就是lOps，很难小于10ps；电子学技术测量太赫宇航计测技术兹脉冲的能力也限制于目前带宽最宽的100GHz的示波器，只能对太赫兹脉冲半幅度宽度较宽的脉冲信号进行准确测量，本文对电子学技术的太赫兹脉冲产生和测量技术就不再进行介绍，主要从光子学技术的角度介绍太赫兹脉冲的产生与测量技术。‘随着太赫兹脉冲技术的发展，太赫兹脉冲技术在物质检测、成像安检、无损探伤、工业控制、通信技术、材料

7、科学、生物医学、空间探测、武器装备和计量等领域，都展现出了广阔的应用前景¨。o。本文第四部分将主要介绍太赫兹脉冲技术在计量领域的一些典型应用。2太赫兹脉冲产生技术太赫兹产生技术根据产生的信号形式分为太赫兹连续波产生技术和太赫兹脉冲产生技术。太赫兹连续波主要通过量子级联激光器和固态电子器件产生，太赫兹脉冲主要以飞秒脉冲激光器为基础，通过瞬态光生电流或非线性介质的非线性效应产生。本文不介绍太赫兹连续波的产生技术，下面重点对国内外常见的几种太赫兹脉冲产生技术详细讨论。2．1光电导产生技术光电导产生技术是通过激光脉冲激励光导开关产生电脉冲，该技

8、术的核心是光导开关。光导开关的典型结构是依据经典的Auston开关设计’8o，如图1所示。激光脉冲固图1光导开关产生太赫兹脉冲的示意图光导开关是在微带线的基础上改造而成，微带线是构成微波集成电路的主要器件，