外差式太赫兹准光接收机前端及其测试方法研究

【摘要】：太赫兹是指频率为0.3-10THz（1THz=1012Hz）范围的电磁波，对应波长范围为3mm-30μm，位于毫米波与红外波之间。太赫兹波难以用传统的电子学和光学方法产生和探测，因此，太赫兹波段被认为是电磁波谱最后的空白，称为太赫兹空隙。随着太赫兹技术的不断发展，太赫兹技术已经应用于射电天文、地球大气观测、太赫兹通信﹑短程高灵敏度雷达系统﹑医学和生物学成像﹑地球环境监控以及高速无线网络等领域。其中太赫兹成像技术是目前非常重要的一个热门前沿领域。高灵敏度的太赫兹探测器是太赫兹成像系统的一个重要组成部分。红外探测器和毫米波接收机的发展已经相对成熟，其辐射探测理论分别基于维恩辐射定律和瑞利琼斯定律。但是，对于太赫兹准光接收机前端的噪声温度以及太赫兹准光混频器的噪声温度和变频损耗的系统测试还处于发展阶段。所以研究适用于太赫兹准光接收机前端的噪声温度以及太赫兹准光混频器的噪声温度和变频损耗的测试理论和方法显得尤为重要。 本文首先介绍了太赫兹接收机的基本理论以及国内外发展状况。其次对黑体辐射理论进行了研究，分析了太赫兹波的辐射特性。同时优化了太赫兹准光接收机前端噪声温度以及太赫兹准光混频器的噪声温度和变频损耗的测试方法。最终自主设计并成功搭建了太赫兹准光接收机前端噪声温度以及太赫兹准光混频器的噪声温度和变频损耗的测试系统。本文研究了微弱信号的检测原理，通过锁相放大频谱搬移技术来探测中频信号，给出了基于锁相放大频谱搬移技术进行信号探测的外差式太赫兹准光接收机前端的噪声温度以及太赫兹准光混频器的噪声温度和变频损耗测试平台的设计方案。进一步地，本文还分析了红外波对外差式室温太赫兹准光接收机前端工作状态的影响，通过初步的理论分析和实验验证，为以后的研究做了铺垫。