阅读说明：本技术 一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统及测量方法 (Measuring system and measuring method for radiation waveform of terahertz pulse radiator ) 是由 龚鹏伟 谢文 刘爽 谌贝 姜河 于 2020-06-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统及测量方法,涉及辐射波测量技术领域,以解决传统辐射波形测量方法无法满足太赫兹脉冲辐射器辐射波形测量需求的问题。装置包括：激光重频锁定模块,根据时基参考信号对主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器的输出重复频率进行锁定,将重复频率差作为触发信号发送至采集设备；同步模块将输出信号同步至从光纤飞秒激光器的重复频率,为被测太赫兹脉冲辐射器提供触发信号,使被测太赫兹脉冲辐射器的辐射脉冲的重复频率与触发信号重复频率相同；太赫兹探测器在主光纤飞秒激光器激励下产生光生载流子,在被测辐射太赫兹脉冲作用下产生电流；采集设备对太赫兹探测器输出的电流信号进行采集。(The invention discloses a measuring system and a measuring method for a radiation waveform of a terahertz pulse radiator, relates to the technical field of radiation wave measurement, and aims to solve the problem that the traditional radiation waveform measuring method cannot meet the requirement of measurement of the radiation waveform of the terahertz pulse radiator. The device comprises: the laser repetition frequency locking module locks the output repetition frequency of the main optical fiber femtosecond laser and the slave optical fiber femtosecond laser according to the time base reference signal, and sends the repetition frequency difference as a trigger signal to the acquisition equipment; the synchronization module synchronizes the output signal to the repetition frequency of the slave optical fiber femtosecond laser, and provides a trigger signal for the measured terahertz pulse radiator, so that the repetition frequency of the radiation pulse of the measured terahertz pulse radiator is the same as the repetition frequency of the trigger signal; the terahertz detector generates a photon-generated carrier under the excitation of the main optical fiber femtosecond laser and generates current under the action of a detected radiation terahertz pulse; the collecting device collects current signals output by the terahertz detector.)

一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及辐射波测量技术领域，尤其涉及一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统及测量方法。

背景技术

脉冲辐射器是一种通过自身集成的天线向空间辐射脉冲信号的发生器，广泛应用于脉冲无线同步、脉冲雷达、脉冲成像等领域。为了优化脉冲辐射器设计，提升其性能、保障其应用等，需要对脉冲辐射器的性能进行准确测量。脉冲辐射器关键性能指标主要包括脉冲幅度、上升时间、半幅宽度、带宽等，为了准确测量这些指标，就需要准确测量脉冲辐射器辐射的脉冲信号波形。因此，脉冲辐射器辐射波形的测量非常重要。

随着脉冲辐射器向辐射脉冲信号脉宽越来越窄，带宽越来越大的方向快速发展，出现了太赫兹脉冲辐射器，其脉宽小于10ps，带宽大于100GHz，已达到太赫兹频段。传统的基于宽带示波器和宽带天线的脉冲辐射器辐射波形测量方法已经无法满足太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量需求，需要探索和研究新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统及测量方法，解决目前太赫兹脉冲辐射器辐射波形无法准确测量的问题，提高测量准确度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统，包括：激光重频锁定模块、主光纤飞秒激光器、从光纤飞秒激光器、同步模块、太赫兹探测器和采集设备；

所述激光重频锁定模块，根据时基参考信号对所述主光纤飞秒激光器和所述从光纤飞秒激光器的输出重复频率进行锁定，将重复频率差作为触发信号发送至所述采集设备；

所述同步模块，将输出信号同步至所述从光纤飞秒激光器的重复频率，为所述被测太赫兹脉冲辐射器提供触发信号，使所述被测太赫兹脉冲辐射器的辐射脉冲的重复频率与所述触发信号重复频率相同；

所述太赫兹探测器，在所述主光纤飞秒激光器激励下产生光生载流子，光生载流子在被测辐射太赫兹脉冲作用下产生电流；

所述采集设备，对所述太赫兹探测器输出的电流信号进行采集。

与现有技术相比，本发明的测量带宽达3THz，采样间隔达1fs，等效采样率达1000TSa/s，能提高太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量水平。与传统基于示波器和宽带天线的测量方法相比，带宽更宽、采样率更高、动态范围更大、准确度更高，具有很高的实用性。

本发明还提供一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量方法，包括：

激光重频锁定模块根据时基参考信号对主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器的输出重复频率进行锁定，将重复频率差作为触发信号发送至采集设备；

同步模块将输出信号同步至所述从光纤飞秒激光器的重复频率，为被测太赫兹脉冲辐射器提供触发信号，使所述被测太赫兹脉冲辐射器的辐射脉冲的重复频率与所述触发信号重复频率相同；

太赫兹探测器在所述主光纤飞秒激光器激励下产生光生载流子，光生载流子在被测辐射太赫兹脉冲作用下产生电流；

所述采集设备对所述太赫兹探测器输出的电流信号进行采集。

与现有技术相比，本发明提供的用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量方法的有益效果与上述技术方案用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统的示意性模块图；

图2为本发明实施例中用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量方法的示意性流程图。

附图标记：

铷钟1、激光重频锁定模块2、主光纤飞秒激光器3、从光纤飞秒激光器4、同步模块5、太赫兹探测器6、采集设备7、被测太赫兹脉冲辐射器8。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的目的在于提供一种用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量方法和测量系统，解决目前太赫兹脉冲辐射器辐射波形无法准确测量的问题，提高测量准确度。为了保证测量准确度，要求测量设备的带宽大于被测设备带宽的3倍。目前，宽带示波器的最高带宽为110GHz，小于被测太赫兹脉冲辐射器的带宽或相当，显然无法满足太赫兹脉冲辐射器辐射波形的准确测量。

详见图1，本发明提供的用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统，包括：激光重频锁定模块、主光纤飞秒激光器、从光纤飞秒激光器、同步模块、太赫兹探测器和采集设备；

激光重频锁定模块，根据时基参考信号对主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器的输出重复频率进行锁定，将重复频率差作为触发信号发送至采集设备；

同步模块，将输出信号同步至从光纤飞秒激光器的重复频率，为被测太赫兹脉冲辐射器提供触发信号，使被测太赫兹脉冲辐射器的辐射脉冲的重复频率与触发信号重复频率相同；

太赫兹探测器，在主光纤飞秒激光器激励下产生光生载流子，光生载流子在被测辐射太赫兹脉冲作用下产生电流；

采集设备，对太赫兹探测器输出的电流信号进行采集。

具体实施时：

铷钟，用于提供时基参考信号，使整套测量装置有一个共同的时基；激光重频锁定模块，用于将主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器的重复频率锁定，使它们之间有一个固定的重复频率差Δf，并将该重复频率差信号输出，为采集设备提供触发信号；主光纤飞秒激光器，用于激励太赫兹探测器，使太赫兹探测器产生光生载流子；从光纤飞秒激光器，用于激励同步模块，使同步模块输出信号的重复频率与从光纤飞秒激光器的重复频率相同；

同步模块，用于产生被测太赫兹脉冲辐射器的触发信号，使被测太赫兹脉冲辐射器辐射脉冲的重复频率与触发信号的重复频率相同；太赫兹探测器，用于探测被测的辐射太赫兹脉冲信号，被测的辐射太赫兹脉冲信号使太赫兹探测器产生的光生载流子定向运动产生电流；采集设备，用于采集太赫兹探测器输出的信号；被测太赫兹脉冲辐射器，用于产生被测的辐射太赫兹脉冲信号。

作为一种可实施方式，测量系统，还包括铷钟，与激光重频锁定模块连接，并提供时基参考信号。

铷钟的设置，能够为测量方法提供时基参考信号，使整套测量方法有一个共同的时基，确保了检测结果的稳定性。

作为一种可实施方式，铷钟输出的时基参考信号频率为10MHz。

能够更好的为从光纤飞秒激光器的重复频率提供附加。

作为一种可实施方式，激光重频锁定模块的输出端与采集设备的信号触发端连接；采集设备的信号采集端与太赫兹探测器的信号输出端连接。

确保了采集设备工作的稳定性。

作为一种可实施方式，主光纤飞秒激光器的输出波长1560nm，脉宽100fs，重复频率f_{rep_1}＝100.000000MHz。

进一步的，从光纤飞秒激光器的输出波长1560nm，脉宽200fs，重复频率为f_{rep_2}＝f_{rep_1}+Δf＝100.000000MHz+10Hz＝100.000010MHz。

进一步的，采集设备真实采集被测信的采样间隔为：

其中：Δf为重复频率差，Δt₀＝1/S＝10ns，f_{rep_1}为主光纤飞秒激光器的重复频率。

进一步的，采集设备的真实采样间隔为Δt＝1fs。

通过对主光纤飞秒激光器、从光纤飞秒激光器输出波长、脉宽、重复频率等的限定，提高了测量的带宽以及信号采样率，同样提高了太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量水平。

详见图2，本发明还提供了一种应用了用于太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量系统的测量方法，包含以下步骤：

激光重频锁定模块根据时基参考信号对主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器的输出重复频率进行锁定，将重复频率差作为触发信号发送至采集设备；

同步模块将输出信号同步至从光纤飞秒激光器的重复频率，为被测太赫兹脉冲辐射器提供触发信号，使被测太赫兹脉冲辐射器的辐射脉冲的重复频率与触发信号重复频率相同；

太赫兹探测器在主光纤飞秒激光器激励下产生光生载流子，光生载流子在被测辐射太赫兹脉冲作用下产生电流；

采集设备对太赫兹探测器输出的电流信号进行采集。

在方法执行时：

1)将铷钟输出的10MHz时基参考信号连接到激光重频锁定模块的参考时钟输入端；

2)将激光重频锁定模块与主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器连接；

3)将激光重频锁定模块输出的主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器之间的重复频率差信号连接到采集设备的触发输入端；

4)将主光纤飞秒激光器输出的重复频率为f_{rep_1}的飞秒光脉冲通过光纤连接到太赫兹探测器的光纤输入端口，f_{rep_1}取值为50MHz～250MHz；

5)将从光纤飞秒激光器输出的重复频率为f_{rep_2}＝f_{rep_1}+Δf的飞秒光脉冲通过光纤连接到同步模块的光纤输入端口，Δf取值为1Hz～1kHz；

6)将同步模块输出的触发信号连接到被测太赫兹脉冲辐射器的触发输入端，使被测太赫兹脉冲辐射器辐射出的太赫兹脉冲信号的重复频率为f_{rep_2}；

7)将太赫兹探测器输出的探测信号连接到采集设备的信号输入端；

8)控制采样率为S的采集设备采集数据；

9)采集设备直接测得的数据的采样点之间的采样间隔为Δt₀＝1/S，需要将该采样间隔换算为被测信号真实的采样间隔Δt，换算公式如下：

10)根据公式(1)计算得真实的采样间隔Δt，根据真实的采样间隔和采样数据就可以绘制出被测太赫兹脉冲辐射器辐射脉冲信号的波形。

作为一种可实施方式，在激光重频锁定模块根据时基参考信号对主光纤飞秒激光器和从光纤飞秒激光器的输出重复频率进行锁定，将重复频率差作为触发信号发送至采集设备之前，还包括以下步骤：

铷钟生成时基参考信号，将时基参考信号发送至激光重频锁定模块。

铷钟的设置，能够为测量方法提供时基参考信号，使整套测量方法有一个共同的时基，确保了检测结果的稳定性。

本发明的测量方法及侧来动系统，带宽达3THz，采样间隔达1fs，等效采样率达1000TSa/s，能提高太赫兹脉冲辐射器辐射波形的测量水平。与传统基于示波器和宽带天线的测量方法相比，带宽更宽、采样率更高、动态范围更大、准确度更高，具有很高的实用性。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。