一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法與流程

本發明屬于太赫茲激光功率測試的技術領域，特別是涉及一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法。

背景技術：

太赫茲(thz)頻段是指頻率0.1thz～10thz的電磁波，頻率范圍寬。太赫茲及其應用技術已經成為科學界的熱點領域，在物體成像、環境監測、醫療診斷、射電天文等方面具有重大的科學價值和廣闊的應用前景。為了實現寬頻率范圍太赫茲激光功率的測試，太赫茲激光功率計一般采用熱電堆探測器實現太赫茲光電信號的轉換。

在現有技術中，太赫茲激光功率的測試中使用的太赫茲激光功率計存在一定的不足：

第一，熱電堆探測器的工作性能與環境溫度有關，現有的采用熱電堆探測器制作的太赫茲激光功率計主要在室溫下校準，因此，太赫茲激光功率計在其它環境溫度時無法實現太赫茲激光功率的準確測試。

第二，現有技術通過測試熱電堆探測器在太赫茲頻段部分頻率點的光譜響應度，采用插值算法計算熱電堆探測器在測試頻率點的響應度，實現太赫茲激光功率計的波長校準；然而該測試過程繁瑣，校準誤差較大。

綜上所述，現有技術中對于如何提高太赫茲激光功率計在不同環境溫度的測試準確度的問題，以及如何降低太赫茲激光功率計的校準誤差、提高校準效率問題，缺乏有效的解決方案。

技術實現要素：

本發明為了克服現有技術中對于如何提高太赫茲激光功率計在不同環境溫度的測試準確度的問題，以及如何降低太赫茲激光功率計的校準誤差、提高校準效率問題，提供一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法。實現有效提高太赫茲激光功率計在不同溫度的測試準確度，降低波長校準誤差，簡化校準過程。

為了實現上述目的，本發明采用如下另一種技術方案：

一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置，

該裝置包括：太赫茲源、太赫茲衰減器、標準太赫茲功率計、太赫茲激光功率計、環境試驗箱和滑動導軌；

所述太赫茲衰減器位于所述太赫茲源發射的太赫茲激光的光軸上；所述滑動導軌與所述太赫茲激光的光軸垂直；所述標準太赫茲功率計和太赫茲激光功率計設置于所述滑動導軌上，所述標準太赫茲功率計和太赫茲激光功率計可沿所述滑動導軌交替移動至所述太赫茲激光的光軸上；所述標準太赫茲功率計和太赫茲激光功率計的光敏面與所述太赫茲激光的光軸垂直；所述太赫茲源發射的太赫茲激光通過太赫茲衰減器之后，垂直入射到標準太赫茲功率計或太赫茲激光功率計。

進一步的，所述太赫茲源輸出的激光在0.1thz～10thz可調。

進一步的，所述太赫茲衰減器、標準太赫茲功率計、太赫茲激光功率計的工作頻率范圍是0.1thz～10thz。

本發明為了克服現有技術中對于如何提高太赫茲激光功率計在不同環境溫度的測試準確度的問題，以及如何降低太赫茲激光功率計的校準誤差提高校準效率尚的問題，提供一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法。實現有效提高太赫茲激光功率計在不同溫度的測試準確度，降低波長校準誤差，簡化校準過程。

為了實現上述目的，本發明采用如下一種技術方案：

一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準方法，該方法基于所述裝置，該方法包括：

(1)測試太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系；

(2)根據步驟(1)中輸入功率與示值電壓之間的線性關系，設置一組太赫茲源的工作波長，測試太赫茲激光功率計在不同波長下的校正因子；

(3)根據步驟(1)中輸入功率與示值電壓之間的線性關系，設置一組環境溫度，測試太赫茲激光功率計在不同溫度下的校正因子；計算得到溫度校正因子β與環境溫度t的線性關系；

(4)校準太赫茲激光功率計在測試波長和環境溫度時的測試功率。

進一步的，所述步驟(1)中，測試太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系的具體步驟為：

(1-1)使用標準功率計測試太赫茲源的輸出功率；

(1-2)用太赫茲激光功率計替換標準功率計，并將所述輸出功率作為太赫茲激光功率計的輸入功率；記錄太赫茲激光功率計的示值電壓；

(1-3)等間隔調節太赫茲衰減器的衰減比，重復步驟(1-1)和步驟(1-2)，獲得一組標準功率計的測試功率值與太赫茲激光功率計的示值電壓值；

(1-4)對步驟(1-3)中的測試功率值和示值電壓值進行擬合計算，得到太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系。

進一步的，所述步驟(1-4)中，采用非線性最小二乘法對步驟(1-3)中的測試功率值和示值電壓值進行擬合計算。

進一步的，所述步驟(2)中，測試太赫茲激光功率計在不同波長下的校正因子的具體步驟為：

(2-1)使用標準功率計測試太赫茲源的輸出功率；

(2-2)用太赫茲激光功率計替換標準功率計，并將所述輸出功率作為太赫茲激光功率計的輸入功率；記錄太赫茲激光功率計的示值電壓；

(2-3)根據步驟(1)中得到的太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系，使用步驟(2-2)測試的太赫茲激光功率計的示值電壓，計算太赫茲激光功率計測試的功率值；

(2-4)計算太赫茲激光功率計的輸入功率與太赫茲激光功率計測試的功率值的商，得到太赫茲激光功率計的校正因子；

(2-5)根據設置的一組太赫茲源的工作波長，重復步驟(2-1)-步驟(2-4)，得到太赫茲激光功率計在不同波長下的校正因子。

進一步的，所述步驟(3)中，設置一組環境溫度具體為設置所述環境試驗箱的溫度，且一組環境溫度為0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃。

進一步的，所述步驟(3)中，測試太赫茲激光功率計在不同溫度下的校正因子的具體步驟為：

(3-1)使用標準功率計測試太赫茲源的輸出功率；

(3-2)用太赫茲激光功率計替換標準功率計，并將所述輸出功率作為太赫茲激光功率計的輸入功率；記錄太赫茲激光功率計的示值電壓；

(3-3)根據步驟(1)中得到的太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系，使用步驟(3-2)測試的太赫茲激光功率計的示值電壓，計算太赫茲激光功率計測試的功率值；

(3-4)計算太赫茲激光功率計的輸入功率與太赫茲激光功率計測試的功率值的商，得到太赫茲激光功率計的校正因子；

(3-5)根據設置的一組環境溫度，重復步驟(3-1)-步驟(3-4)，得到太赫茲激光功率計在不同溫度下的校正因子。

進一步的，所述步驟(3)中，采用非線性最小二乘法計算得到溫度校正因子與環境溫度的線性關系。

進一步的，所述步驟(4)中，校準太赫茲激光功率計在測試波長和環境溫度時的測試功率的具體步驟為：

(4-1)根據太赫茲源的工作波長，選取太赫茲激光功率計的波長校正因子；

(4-2)根據太赫茲激光功率計內部的溫度傳感器測試工作環境溫度，利用溫度校正因子與環境溫度的線性關系計算得到溫度校正因子；

(4-3)根據步驟(1)中得到的太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系，計算太赫茲激光功率計的示值電壓對應的輸入功率，然后計算輸入功率與波長校正因子、溫度校正因子的乘積，得到太赫茲激光功率計在測試波長和環境溫度時的測試功率。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

(1)本發明的一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法，通過溫度校正因子，提高了太赫茲激光功率計在不同環境溫度的測試準確度；

(2)本發明的一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法，通過波長校正因子，有效降低太赫茲激光功率計的波長校準誤差，提高校準效率。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為本發明一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置的結構示意圖；

圖2為一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準方法的流程圖。

具體實施方式：

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。

實施例1：

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在對于如何提高太赫茲激光功率計在不同環境溫度的測試準確度的問題，以及如何降低太赫茲激光功率計的校準誤差提高校準效率尚的問題，本實施例提供一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法。實現有效提高太赫茲激光功率計在不同溫度的測試準確度，降低波長校準誤差，簡化校準過程。

本申請的一種典型的實施方式中，采用如下技術方案：

如圖1所示，

一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置，該裝置包括：

太赫茲源、太赫茲衰減器、標準太赫茲功率計、太赫茲激光功率計、環境試驗箱和滑動導軌；

所述太赫茲衰減器位于所述太赫茲源發射的太赫茲激光的光軸上；所述滑動導軌與所述太赫茲激光的光軸垂直；所述標準太赫茲功率計和太赫茲激光功率計設置于所述滑動導軌上，所述標準太赫茲功率計和太赫茲激光功率計可沿所述滑動導軌交替移動至所述太赫茲激光的光軸上；所述標準太赫茲功率計和太赫茲激光功率計的光敏面與所述太赫茲激光的光軸垂直；所述太赫茲源發射的太赫茲激光通過太赫茲衰減器之后，垂直入射到標準太赫茲功率計或太赫茲激光功率計。

在本實施例中，所述太赫茲源輸出的激光在0.1thz～10thz可調。

在本實施例中，所述太赫茲衰減器、標準太赫茲功率計、太赫茲激光功率計的工作頻率范圍是0.1thz～10thz。

實施例2：

正如背景技術所介紹的，現有技術中存在對于如何提高太赫茲激光功率計在不同環境溫度的測試準確度的問題，以及如何降低太赫茲激光功率計的校準誤差提高校準效率尚的問題，本實施例提供一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法。實現有效提高太赫茲激光功率計在不同溫度的測試準確度，降低波長校準誤差，簡化校準過程。

本申請的一種典型的實施方式中，采用如下技術方案：

如圖2所示，

一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準方法，該方法基于所述裝置，該方法包括：

步驟(1)：測試太赫茲激光功率計的輸入功率p與示值電壓v之間的線性關系；

在本實施例中，所述步驟(1)中，測試太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系的具體步驟為：

(1-1)設置太赫茲源的工作波長λ1和標準功率計的工作波長λ1，使用標準功率計測試太赫茲源的輸出功率p；

(1-2)把標準功率計移出光路，把太赫茲激光功率計通過滑動導軌移入光路，并將所述輸出功率p作為太赫茲激光功率計的輸入功率p；記錄太赫茲激光功率計的示值電壓v；

(1-3)等間隔調節太赫茲衰減器的衰減比，重復步驟(1-1)和步驟(1-2)，獲得一組標準功率計的測試功率值pi(i＝1,2,…,m)與太赫茲激光功率計的示值電壓值vi(i＝1,2,…,m)，m≥3且為正整數；

(1-4)采用非線性最小二乘法對對步驟(1-3)中的測試功率值pi和示值電壓值vi進行擬合計算，得到太赫茲激光功率計的輸入功率p與示值電壓v之間的線性關系：

p＝a1·v+b1

式中，a1、b1分別是擬合系數。

步驟(2)：根據步驟(1)中輸入功率與示值電壓之間的線性關系依次設置太赫茲源的工作波長λj(j＝2,3,…,n)和標準功率計的工作波長λj(j＝2,3,…,n)，n≥2且為正整數；測試太赫茲激光功率計在不同波長下的校正因子；

在本實施例中，所述步驟(2)中，測試太赫茲激光功率計在不同波長下的校正因子的具體步驟為：

(2-1)使用標準功率計測試太赫茲源的輸出功率ps(λj)；

(2-2)用太赫茲激光功率計替換標準功率計，并將所述輸出功率ps(λj)作為太赫茲激光功率計的輸入功率ps(λj)；記錄太赫茲激光功率計的示值電壓v(λj)；

(2-3)根據步驟(1)中得到的太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系，使用步驟(2-2)測試的太赫茲激光功率計的示值電壓，計算太赫茲激光功率計測試的功率值p(λj)；

(2-4)計算太赫茲激光功率計的輸入功率ps(λj)與太赫茲激光功率計測試的功率值p(λj)的商，得到太赫茲激光功率計的校正因子α(λj)：

(2-5)根據設置的一組太赫茲源的工作波長，重復步驟(2-1)-步驟(2-4)，得到太赫茲激光功率計在不同波長下的校正因子。

步驟(3)：設置太赫茲源的工作波長λ1和標準功率計的工作波長λ1，使根據步驟(1)中輸入功率與示值電壓之間的線性關系，設置一組環境溫度，測試太赫茲激光功率計在不同溫度下的校正因子；計算得到溫度校正因子β與環境溫度t的線性關系；

在本實施例中，設置一組環境溫度具體為設置所述環境試驗箱的溫度，且一組環境溫度為0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃。

在本實施例中，所述步驟(3)中，測試太赫茲激光功率計在不同溫度下的校正因子的具體步驟為：

(3-1)使用標準功率計測試太赫茲源的輸出功率ps(λ1)；

(3-2)用太赫茲激光功率計替換標準功率計，并將所述輸出功率ps(λ1)作為太赫茲激光功率計的輸入功率ps(λ1)；記錄太赫茲激光功率計在不同溫度時的示值電壓vk(k＝1,2,…,9)；

(3-3)根據步驟(1)中得到的太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系，使用步驟(3-2)測試的太赫茲激光功率計的示值電壓，計算太赫茲激光功率計在不同溫度時的測試的功率值pk(k＝1,2,…,9)；

(3-4)計算太赫茲激光功率計的輸入功率與太赫茲激光功率計測試的功率值的商，得到太赫茲激光功率計的校正因子；

(3-5)根據設置的一組環境溫度，重復步驟(3-1)-步驟(3-4)，得到太赫茲激光功率計在不同溫度下的校正因子。

在本實施例中，所述步驟(3)中，采用非線性最小二乘法計算得到溫度校正因子與環境溫度的線性關系：

β＝a2·t+b2

式中，a2、b2分別是擬合系數。。

步驟(4)：校準太赫茲激光功率計在測試波長和環境溫度時的測試功率。

在本實施例中，所述步驟(4)中，校準太赫茲激光功率計在測試波長和環境溫度時的測試功率的具體步驟為：

(4-1)根據太赫茲源的工作波長λ，選取太赫茲激光功率計的波長校正因子α(λ)；

(4-2)根據太赫茲激光功率計內部的溫度傳感器測試工作環境溫度t，利用溫度校正因子β與環境溫度t的線性關系計算得到溫度校正因子β(t)；

(4-3)根據步驟(1)中得到的太赫茲激光功率計的輸入功率與示值電壓之間的線性關系，計算太赫茲激光功率計的示值電壓對應的輸入功率，然后計算輸入功率與波長校正因子、溫度校正因子的乘積，得到太赫茲激光功率計在測試波長λ和環境溫度t時的測試功率：

p(λ,t)＝α(λ)·β(t)·(a1·v+b1)。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

(1)本發明的一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法，通過溫度校正因子，提高了太赫茲激光功率計在不同環境溫度的測試準確度；

(2)本發明的一種多波長與寬溫度太赫茲激光功率計的校準裝置與方法，通過波長校正因子，有效降低太赫茲激光功率計的波長校準誤差，提高校準效率。

上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并非對本發明保護范圍的限制，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改、等同替換或變形仍在本發明的保護范圍以內。