太赫兹探测器测试系统的设计

摘要

太赫兹电磁波的频率在0.1~10THz之间。太赫兹电磁波具有相干性等可广泛应用的特殊性质。进入二十一世纪之后，太赫兹愈加广泛的受到人们的关注，在生物医疗、公共安全以及通信领域，太赫兹波应用更为广泛。为了评估太赫兹微测辐射热计探测器的器件性能，需要一套测试系统对探测器的响应、噪声以及等效噪声功率等性能参数进行测试，测试依据应该紧密联系太赫兹探测器的器件结构，对测试参数结果的分析能够有效反映太赫兹探测器的性能。
　　我们通过介绍微测辐射热计的探测原理和器件结构，分析和研究太赫兹探测器的响应、噪声以及等效噪声功率，发现其响应、噪声受到太赫兹探测器材料与器件结构较大的影响。探测器响应受到材料的热导、热容以及电阻温度系数性能的影响，而这些性能参数对应着器件微桥、吸收层薄膜以及热敏材料的特性和结构。噪声是由Johnson噪声、1/f噪声以及声子噪声等热噪声以及空间噪声组成，它们与探测器热学波动、背景辐射以及探测器像元制备工艺相关。等效噪声功率能够很好反映太赫兹探测器信噪比的大小，衡量其实际应用的价值。测试参数的分析对太赫兹探测器的制备有很重要的参考意义。
　　基于太赫兹探测器器件性能分析与辐射源的工作特点，研究了相关的测试方法与技术，确定了能够有效反映太赫兹探测器工作性能的各参数的计算方法。搭建了测试平台，完成了测试平台中测试系统的研制，其中，太赫兹探测器测试系统硬件平台完成了探测器驱动电路、电源管理电路、模数转换电路、温度控制电路、LVDS接口电路以及基于Camera Link接口的数据采集电路。软件平台完成了对采集到的太赫兹探测器数据的计算处理，对探测器的RMS时域噪声、固定图像噪声、响应电压、响应率以及噪声等效功率(NEP)等性能参数进行了记录与报表化处理。研制成功的太赫兹探测器测试系统工作稳定，电气性能良好。
　　最后利用测试平台对实验室制备的太赫兹探测器进行了测试，将测试结果进行了展示和分析，从测试方法和探测器内部结构方面对测试结果进行了分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 太赫兹电磁波性质及应用

1.3 太赫兹电磁波探测成像技术

1.4 太赫兹探测器辐射测试技术

1.5 太赫兹探测器测试技术国内外研究现状

1.6 本文的主要工作内容

第二章 太赫兹微测辐射热计探测原理及器件结构

2.1 微测辐射热计的探测原理

2.2 太赫兹探测器的微桥结构

2.3 太赫兹探测器的读出电路

2.4 太赫兹探测器的封装结构

2.5 太赫兹探测器结构对性能的影响

2.6 本章小结

第三章 太赫兹探测器性能分析及测试技术

3.1 太赫兹探测器性能分析

3.2 太赫兹探测器测试技术

3.3 太赫兹探测器测试平台的搭建

3.4 本章小结

第四章 太赫兹测试系统的设计与实现

4.1 测试系统平台整体功能框架规划

4.2 测试系统硬件电路的实现

4.3 基于Camera Link接口的数据采集模块

4.4 测试系统上位机软件的实现

4.5 本章小结

第五章 系统板级调试与太赫兹探测器测试结果

5.1 硬件平台性能分析

5.2 太赫兹探测器测试结果及分析

5.3 太赫兹测试系统整体效果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果