THz-TDS锁相放大技术研究

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进入新世纪以来,由于新材料技术以及相关学科的发展,太赫兹波发射源的问题逐步得到了解决,同时由于太赫兹波在光谱领域、安检领域、生物化学等领域具有广泛的使用价值和无法替代的优越性,太赫兹波技术得到了越来越多国家的重视。太赫兹时域光谱系统是发展最早的太赫兹波技术,该系统具有带宽宽,探测灵敏度高,在室温下能够稳定工作等优点,是应用最为广泛的一种有效探测技术,其小型化和实用化仪器也成为目前最为活跃的研究领域之一。本文就太赫兹时域光谱系统小型化仪器研究这一课题展开讨论,着重对小型化太赫兹仪器所需要的锁相放大等信号获取和处理系统进行研究。文章主要研究内容包括:1.光电导天线法产生和接收太赫兹波信号的基本原理,太赫兹时域光谱系统的组成和信号探测的基本原理,太赫兹信号信噪比定义以及锁相放大原理等基本性内容;2.针对太赫兹时域光谱系统产生的微弱光电流信号设计出了一整套锁相放大系统,该系统由电流放大器、可编程窄带滤波器、相敏检测器、可编程低通滤波器、电子斩波器以及一些其他的辅助单元组成,能够根据不同的使用要求设置合适的中心斩波频率,滤波器带宽,系统放大倍数,低通截止频率等参数。3.对上述的系统进行模拟实验和仿真模拟实验,实验结果表明该系统能够将幅值仅为10uV的低频正弦电压信号检测出来,且幅值能够达到100mV以上,同时能够将不同的中心斩波频率、频率和幅值的低频微弱模拟信号检测出来。对于不同斩波频率和周期的仿真模拟信号,能够准确的将信号还原。4.使用该系统测量天津大学太赫兹研究中心的8f系统产生的THz信号,能够将系统产生的微弱光电流信号成功检测出来。在不加载样品,光学延迟线移动速度为1500um/s,且连续扫描的情况下,采集到的THz信号的信噪比在50dB左右。
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