太赫兹脉冲计量技术

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1、2010年2月宇航计测技术Feb．第30卷第1期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementV01．30，No．1文章编号：1000—7202(2010)01—0024—04中图分类号：TB973文献标识码：A太赫兹脉冲计量技术马茹1，2马红梅1龚鹏伟1杨春涛1’2(1．北京无线电计量测试研究所；2．计量与校准技术国防重点实验室北京100039)摘要太赫兹(以下简称THz)波位于微波到红外光学的过渡区域，具有重要的学术价值，在民用和国防等领域有着广泛的应用。高速器件产生或传输的超快脉冲宽

2、度已达皮秒量级，带宽已进入太赫兹频段。传统技术和方法无法解决此类器件的校准问题．而结合光电技术的时域电光取样(EOS)技术则为太赫兹脉冲计量提供了有效的手段，本文对此类新技术进行了全面的概述。关键词太赫兹脉冲电光取样取样示波器光电探测器脉冲产生器TerahertzPulseMetrologyTechnologyMAZhel”MAHong．reel“GONGPeng—wel—YANGChun．ta01·2(1BeijingInstituteofRadioMetrologyandMeasurement；2NationalKeyLab

3、oratoryofMetrologyandCalibrationTechnologyBeijing，100039)AbstractBetweenmicrowaveandinfraredoptics，terahertzwavehasimportantacademicvaluesandbroadapplicationsinthedomainofciviliantechnologyandnationaldefense．High—speedequipmentsanddevicescangenerateandtransferultra·f

4、astpulseswiththeirwidthinpicosecondmagnitude，andthebroadwidthofthesepulsesreachesterahertzfrequency．Traditionaltechniquesandmethodscannotsolvethecalibrationproblemsofthesedevices．Combiningwithoptoelectronics，timedomainelectro-opticsam·pling(EOS)technologysupplieseffe

5、ctivemethodfortheterahertzpulsesmetrology，andtheseadvancedtechnologiesaregenerallysummarizedinthispaper．KeywordsTerahertzpulsesElectro·opticsamplingSamplingoscilloscopePhotodiodePulsegenerator1引言太赫兹波是指频率范围在0．1THz到10THz的电磁波，位于微波和红外光之间。近年来，太赫兹技术展现出了巨大的应用前景，如太赫兹成像、医疗、通信

6、、安防、时域光谱、无损探测、工业控制、空间探测和保密通信等⋯。许多高速设备和器件的带宽已达太赫兹频段，如脉宽皮秒、带宽百吉赫兹的高端通信设备和器件旧1，宽带取样示波器的3dB带宽也已达100GHz，高速光电探测器和高速脉冲产生器产生的脉宽或上升沿已达皮秒量级。准确测量时域响应需测定传递函数，包括3dB带宽以外的幅度和相位信息。传统的无线电计量技术已无法满足要求，而结合光电技术的时域电光取样技术(EOS)的测量带宽可达数百吉赫兹，为太赫兹脉冲的计量提供了有效的手段¨1。近年来国际计量机构，如英国的NPL、美国的NIST和德国的PT

7、B均开展了太赫兹脉冲计量技术的研究，并建立了相应的计量标准。太赫兹脉冲计量技术是涵盖微波、光学、电子学和计量学的新交叉学科，本文将对其进行全面的综述，主要内容涵盖宽第1期太赫兹脉冲计量技术·25·带取样示波器、高速光电探测器和高速脉冲产生器的校准技术。2宽带取样示波器的校准随着高频技术的发展，宽带取样示波器在测量超快高带宽的信号上应用越来越广泛。测量宽带取样示波器的冲击响应和幅频响应特性的方法主要有三类：1)扫频校准方法可准确溯源到功率计的校准，但它无法确定示波器频响中的相位信息；2)“Nose—to—Hose”(NTN)方法需

8、要三台示波器，两两配对测量，从而计算出每台示波器的幅频响应特性，但它方法依赖一些固有的假设，而且只对特定示波器有效；3)标准脉冲法比较直接，它通过从测量结果中反卷积分离标准脉冲的信息来确定示波器幅频响应。这种方法需要上升沿足够快、高频段具有足够能量的标准脉冲源。