太赫兹时域光谱仪校准技术

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1、2016年6月宇航计测技术J吡，2016第36卷第5期Jo哪alofAstron肌ticMetrolog)randMe蹈u咒mentV01．36，No．5文章编号：1000一7202(2016)05一∞晒一07中圈分类号：r珀昕3文献标识码：A太赫兹时域光谱仪校准技术龚鹏伟1谌贝1谢文1姜河1马红梅1杨春涛1’2(1．北京无线电计量测试研究所，北京100039；2．计量与校准技术重点实验室，北京100039)摘要本文简要介绍了太赫兹时域光谱仪的原理，综述了目前国外在太赫兹时域光谱仪校准方面取得的重要进展，并对不同校准技术的优缺点作了评述。

2、关键词太赫兹光谱仪计量校准OVe而ewofTeralIertzTiIneDoI嘣nSpectro眦terCalibr蛳onTechIliq玳GONGPeng．weilCHENBeilXIEWenlJLANGHelMAHong—meilYANGChun-ta01，2(1．BeijingIllstimteofRadioMe呐lo盯蚰dM哪u聊∞nt，B喇吨lO∞39，CIli眦；2．NatiorIalKey蹦舳toq0fMeholog)r蚰dCalib眦i∞‰hnolo盯，Beijing100039，Chi眦)Ak灯actIntllisp叩e

3、r，tllepfincipl船ofterahertztimedomainspect玎咖eterarede∞ribedbrief-ly．Wesunreytllekeypmg啷瞎interallenztimedomainspec曲眦tercalibr撕ontechIIiqIleabmad．Weal-∞review山eadv跚tageanddi8adv跚tageford诳毛弛ntcalibmtionmetlIods．鬟对wor凼Teral他nzSp∞呐meterMeⅡDlog)rCalib阳缸onl引言太赫兹波(Te出enz，简称THz)广义上

4、是指频率在0．1哪z～10THz范围内(波长3咖一30岬)的电磁波，它在电磁波谱中位于毫米波和红外光之间。由于太赫兹波在电磁波谱中的特殊位置，决定了它在很多应用方面具有很多优势。目前，应用最为广泛的是太赫兹时域光谱技术。太赫兹时域光谱技术是20世纪80年代由IBM公司的w锄的n研究中心、哥伦比亚大学和BeU实验室提出并逐步发展起来的，它与传统相关技术相比有以下几个优点：1)具有大约0．1THz～5THz的带宽，如此大的带宽用普通方法是很难得到的；2)太赫兹时域光谱仪可以在室温下工作，从而避免了复杂的制冷系统；3)能够以飞秒级的时间分辨力测

5、量波形，展示物质中发生在亚皮秒或皮秒级上的现象；4)测量数据同时包含了太赫兹脉冲的幅度和相位信息，因而可以对样品介电常数的实部和虚部同时进行测量；5)具有10000左右的信噪比，如此高的信噪比允许相对较短的扫描时间，从而提高了整个系统的稳定性；6)动态范围要高于基于测辐射热计的太赫兹探测技术，可以对物质的光学常数进行更高准确度的测量；7)能对多层结构的物质进行多次反收稿日期：2015一∞一Ol，修回日期：2016一嘶·30作者筒介：龚鹏伟(1985．08一)，男，高级工程师，主要研究方向：太赫兹计量校准技术和光电计量测试技术。·6·宇航计

6、测技术2016年射分析，能对每层薄膜的特性进行无损测量。鉴于该技术的诸多优势，太赫兹时域光谱仪发展起来。在太赫兹时域光谱仪发展初期，它几乎没有被校准，没有标准的校准方法或校准先例，没有通用的参数指标的定义，导致不同系统之间测量数据的比较没有说服力，偶尔还会出现不一致的测量数据。目前，太赫兹时域光谱仪是太赫兹测量领域应用最广泛的仪器设备，尤其是各种材料波谱特性的测量研究，例如介质、半导体、金属薄膜、纳米材料、超材料、生物材料等。因此为了保证测量结果的重复性，以及不同测量系统和测量技术之间的可比较性，太赫兹时域光谱仪的计量就变得相当重要，而且

7、成为一个亟待解决的问题。为了确保太赫兹时域光谱仪测量量值的准确和统一，必须研究相应的校准方法对太赫兹时域光谱仪进行校准。到目前为止，国际上已经发展出一些关于太赫兹时域光谱仪关键参数的校准技术，但是仍然滞后于它的系统设计和应用方面的不断创新。本文将对太赫兹时域光谱仪的主要校准技术进行概赶赫兹辐射源太赫兹探测器《a)透射式太赫兹时域光谱仪括总结，为国内开展相关研究提供参考。2太赫兹时域光谱仪太赫兹时域光谱仪本质上是先测量未放置被测样品时的太赫兹脉冲时域波形，作为参考数据；再测量放置被测样品时，与被测样品作用后的太赫兹脉冲时域波形，通过傅立叶变

8、换将测量到的时域波形变换到频域，得到功率谱和相位谱。通过进一步分析和计算两次测量结果的差异，可以得到被测样品与频率有关的特性参数，例如复折射率、复介电常数和吸收系数等。典型的太赫兹时域光谱仪原