“50MHz幀率的高分辨率太赫茲頻譜分析儀”科技成果評價會召開

　　【儀表網 會議報道】5月24日，中國光學學會組織專家對武漢光電國家研究中心/光谷實驗室張新亮教授團隊完成的“50MHz幀率的高分辨率太赫茲頻譜分析儀”進行了科技成果評價。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任專家組組長和副組長。
 

　　在國家脈沖強磁場研究中心現場，專家組現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一幀的速率對太赫茲源頻率變化進行精準追蹤，成功實現對持續時間為100μs、頻率為370GHz的單脈沖太赫茲信號的頻率測量，可清晰觀察到太赫茲源在150GHz帶寬內的邊帶振蕩現象，也可以捕捉到在太赫茲源啟動過程中信號頻率由振蕩到穩定的動態過程。相對于現有的混頻法測試方案，研制的太赫茲頻譜分析儀首次實現頻率在大帶寬范圍內的動態變化追蹤。
 

圖1用于回旋管太赫茲源測試的太赫茲頻譜分析儀
 

　　成果評價會上，張新亮詳細匯報了太赫茲頻譜分析儀的工作原理、技術難點、儀器架構和具體研制過程。該儀器基于團隊提出的太赫茲光學頻域頻譜分析技術(THz-f-LISA)，將太赫茲信號加載到光信號上之后，利用色散導致的頻時變換，將頻譜的強度變化映射到時域上的強度變化，再經光電轉換之后，用大帶寬實時示波器進行時域觀察。整體儀器包含光學系統、采集系統和分析系統三個部分，包含高穩定度50MHz重頻的飛秒激光器、寬帶太赫茲信號加載、高階色散補償、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等關鍵技術難點。儀器研制過程中，研究團隊充分發揮各成員在光信號處理、光電探測器、ADC器件、儀器化方面的研究優勢，成功研制出快速頻譜分析儀樣機，測量幀率為50 MHz，頻譜分辨率為496MHz，測量帶寬可達1.525THz，儀器的時間帶寬積達到了10。儀器研制過程中，還實現了大帶寬實時采集系統的自主研制，研制的鍺硅光電探測器實測帶寬達109GHz、暗電流低至0.7nA、響應度達1.03A/W、噪聲等效功率達1.62×10?¹?W/Hz¹/²，頻率交織技術中利用三路18GHz帶寬的ADC器件實現50GHz寬帶、120GSa/s采樣率的采集系統。
 

圖2太赫茲頻譜分析儀整體架構示意圖
 

　　按照科技成果評價規定的標準及程序，專家組審閱了科技成果評價相關材料，審核了前期第三方測試機構提供的測試報告，經過專家質詢、綜合評價等環節，對該項目的創新性和先進性等方面進行了客觀公正的評價。專家組一致認為該儀器創新性強、研制難度大，實現50MHz幀率的高分辨率太赫茲頻譜分析儀的自主研制。專家組認為該儀器及其總體技術方案國際首創，其中頻譜儀的測量幀率和時間帶寬積以及光電探測器的綜合性能指標達到國際領先水平。
 

　　據悉，該儀器是張新亮教授研究團隊在國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制項目的支持下，歷經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、余宇教授分別負責不同的研究內容，對儀器研制目標的實現都作出重要的貢獻。該儀器目前可應用于太赫茲雷達、太赫茲連續源、回旋管脈沖太赫茲源等多種場景下的瞬態頻譜測量，但目前還只能測試較強的太赫茲信號。在進一步改進儀器信號接收動態范圍的基礎上，有望在下一代無線通信、太赫茲檢測、太赫茲與物質相互作用等領域得到更多的具體應用，為太赫茲科學與技術的進步作出一定貢獻。