基于LiTaO3晶體的熱釋電系數(shù)與探測器測試研究.pdf

1、太赫茲波由于其處在電磁波譜的特殊頻譜位置,使得其相比于其他波段,具有某些特性,因而具有廣泛的發(fā)展前景而成為各國學(xué)者的研究熱點(diǎn)。熱釋電太赫茲探測器屬于非相干探測技術(shù),不僅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,還具有可以在常溫下工作無需制冷、工作頻率范圍寬等優(yōu)勢。
　　對于熱釋電太赫茲探測技術(shù)而言,如何提高系統(tǒng)的響應(yīng)率以及抗干擾能力,是目前限制熱釋電太赫茲探測器發(fā)展的重要原因。為了解決這一問題,本文設(shè)計了熱釋電系數(shù)測試平臺,用該測試平臺測試熱釋電材料性能,為

2、選取制作熱釋電太赫茲探測器的敏感元提供數(shù)據(jù)支撐依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了電流模式和電壓模式的前置運(yùn)算放大電路,為微弱的熱釋電探測器進(jìn)行信號放大、濾波處理。最后,制作熱釋電單元探測器,測試熱釋電單元探測器的性能。具體內(nèi)容如下:
　　熱釋電系數(shù)測試平臺,采用直接法測試熱釋電系數(shù)。系統(tǒng)由高低溫濕熱試驗(yàn)箱、單片機(jī)最小系統(tǒng)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、溫度測試模塊、放大電路模塊、串口通信模塊、顯示模塊組成。測試LiTaO3敏感元的熱釋電系數(shù)來驗(yàn)證

3、系統(tǒng)的可行性,測試溫度范圍為37°C~48°C,熱釋電系數(shù)的值在1.6510-8C/cm2°C~3.0810-8C/cm2°C之間。其結(jié)果符合相關(guān)文獻(xiàn)報道,驗(yàn)證了熱釋電系數(shù)測試系統(tǒng)的可行性。
　　熱釋電高增益、低噪聲、高輸入阻抗放大電路設(shè)計。本文設(shè)計PN4117阻抗匹配電路與CA3140二級放大電路組成的電壓模式放大電路,以及 AD549和CA3140放大電路組成的電流模式放大電路。對二者進(jìn)行系統(tǒng)性能測試和比較,并加入濾波模塊進(jìn)行

4、低噪聲優(yōu)化。最后設(shè)計的CA3140二級放大電路在通頻帶范圍內(nèi)的放大倍數(shù)為4030倍,50Hz衰減達(dá)-43dB。AD549放大電路的二級放大倍數(shù)范圍為10~210之間,可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù),使熱釋電電流最大線性不失真輸出。
　　利用PN4117和CA3140二級放大電路,制作單元探測器;利用高精度THz源輸出2.52THz作為輻射源,斬波器為5Hz時,探測單元探測器的太赫茲電壓響應(yīng)為1.56V,噪聲電壓為530μV,噪聲等效功率:6.8