“50MHz幀率的高分辨率太赫茲頻譜分析儀”科技成果評(píng)價(jià)會(huì)召開

　　【儀表網(wǎng) 會(huì)議報(bào)道】5月24日，中國光學(xué)學(xué)會(huì)組織專家對(duì)武漢光電國家研究中心/光谷實(shí)驗(yàn)室張新亮教授團(tuán)隊(duì)完成的“50MHz幀率的高分辨率太赫茲頻譜分析儀”進(jìn)行了科技成果評(píng)價(jià)。專家組由來自高校、研究院所的8位專家組成，葉朝輝院士和潘垣院士擔(dān)任專家組組長和副組長。
 

　　在國家脈沖強(qiáng)磁場研究中心現(xiàn)場，專家組現(xiàn)場觀看了太赫茲頻譜分析儀用于高功率回旋管太赫茲源的頻率測量。得益于50MHz的測量幀率，太赫茲頻譜分析儀能以20ns一幀的速率對(duì)太赫茲源頻率變化進(jìn)行精準(zhǔn)追蹤，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)持續(xù)時(shí)間為100μs、頻率為370GHz的單脈沖太赫茲信號(hào)的頻率測量，可清晰觀察到太赫茲源在150GHz帶寬內(nèi)的邊帶振蕩現(xiàn)象，也可以捕捉到在太赫茲源啟動(dòng)過程中信號(hào)頻率由振蕩到穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)過程。相對(duì)于現(xiàn)有的混頻法測試方案，研制的太赫茲頻譜分析儀首次實(shí)現(xiàn)頻率在大帶寬范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化追蹤。
 

圖1用于回旋管太赫茲源測試的太赫茲頻譜分析儀
 

　　成果評(píng)價(jià)會(huì)上，張新亮詳細(xì)匯報(bào)了太赫茲頻譜分析儀的工作原理、技術(shù)難點(diǎn)、儀器架構(gòu)和具體研制過程。該儀器基于團(tuán)隊(duì)提出的太赫茲光學(xué)頻域頻譜分析技術(shù)(THz-f-LISA)，將太赫茲信號(hào)加載到光信號(hào)上之后，利用色散導(dǎo)致的頻時(shí)變換，將頻譜的強(qiáng)度變化映射到時(shí)域上的強(qiáng)度變化，再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換之后，用大帶寬實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行時(shí)域觀察。整體儀器包含光學(xué)系統(tǒng)、采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng)三個(gè)部分，包含高穩(wěn)定度50MHz重頻的飛秒激光器、寬帶太赫茲信號(hào)加載、高階色散補(bǔ)償、大帶寬光電探測器、頻率交織采樣、大帶寬ADC器件、頻譜分析和可視化技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。儀器研制過程中，研究團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮各成員在光信號(hào)處理、光電探測器、ADC器件、儀器化方面的研究優(yōu)勢，成功研制出快速頻譜分析儀樣機(jī)，測量幀率為50 MHz，頻譜分辨率為496MHz，測量帶寬可達(dá)1.525THz，儀器的時(shí)間帶寬積達(dá)到了10。儀器研制過程中，還實(shí)現(xiàn)了大帶寬實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)的自主研制，研制的鍺硅光電探測器實(shí)測帶寬達(dá)109GHz、暗電流低至0.7nA、響應(yīng)度達(dá)1.03A/W、噪聲等效功率達(dá)1.62×10?¹?W/Hz¹/²，頻率交織技術(shù)中利用三路18GHz帶寬的ADC器件實(shí)現(xiàn)50GHz寬帶、120GSa/s采樣率的采集系統(tǒng)。
 

圖2太赫茲頻譜分析儀整體架構(gòu)示意圖
 

　　按照科技成果評(píng)價(jià)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)及程序，專家組審閱了科技成果評(píng)價(jià)相關(guān)材料，審核了前期第三方測試機(jī)構(gòu)提供的測試報(bào)告，經(jīng)過專家質(zhì)詢、綜合評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，對(duì)該項(xiàng)目的創(chuàng)新性和先進(jìn)性等方面進(jìn)行了客觀公正的評(píng)價(jià)。專家組一致認(rèn)為該儀器創(chuàng)新性強(qiáng)、研制難度大，實(shí)現(xiàn)50MHz幀率的高分辨率太赫茲頻譜分析儀的自主研制。專家組認(rèn)為該儀器及其總體技術(shù)方案國際首創(chuàng)，其中頻譜儀的測量幀率和時(shí)間帶寬積以及光電探測器的綜合性能指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
 

　　據(jù)悉，該儀器是張新亮教授研究團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金委國家重大科研儀器研制項(xiàng)目的支持下，歷經(jīng)5年研制完成。研制過程中陳燎博士、張馳教授、曹丹華教授、楊奇教授、吳裕斌副教授、余宇教授分別負(fù)責(zé)不同的研究內(nèi)容，對(duì)儀器研制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)都作出重要的貢獻(xiàn)。該儀器目前可應(yīng)用于太赫茲雷達(dá)、太赫茲連續(xù)源、回旋管脈沖太赫茲源等多種場景下的瞬態(tài)頻譜測量，但目前還只能測試較強(qiáng)的太赫茲信號(hào)。在進(jìn)一步改進(jìn)儀器信號(hào)接收動(dòng)態(tài)范圍的基礎(chǔ)上，有望在下一代無線通信、太赫茲檢測、太赫茲與物質(zhì)相互作用等領(lǐng)域得到更多的具體應(yīng)用，為太赫茲科學(xué)與技術(shù)的進(jìn)步作出一定貢獻(xiàn)。