高灵敏太赫兹系列探测器——灵敏度提升三倍的太赫兹测量头

本系列热释电探测器专为太赫兹波段应用优化，具有结构紧凑、有效感应面积大、响应速度快等特点。

其基本原理是通过吸收层捕获脉冲源或斩波调制连续波辐射源发出的辐射脉冲，配合低噪声电流放大器可实现对辐射源功率的探测。

采用超薄热释电材料可增强热效应速率，使灵敏度显著提升，同时支持高重复频率工作模式。但这些优势也伴随着更高的声振敏感度。

针对极短脉冲测量，该探测器可配合电压放大器（如VPA系列）作为微焦耳至毫焦耳量级的能量探测器使用。

所有探测器均由德国联邦物理技术研究院（PTB）在1.40太赫兹频率下配合前置放大器（CPA）完成校准，其他校准条件可根据需求提供。

基本原理：

热释电探测的基本原理是：脉冲激光或斩波连续激光产生的辐射脉冲被吸收层捕获后，热能通过热传导方式传递至热释电传感材料。全系列太赫兹探测器均采用宽带金属吸收层，该层能实现约50%的部分吸收效应，同时将25%的辐射反射，剩余25%的透射辐射则由消光装置吸收。传感材料的温度变化会导致其两个相对表面产生自由电荷。

信号检测提供两种方案：
• 采用高负载电阻的电压检测模式（适用于能量测量）
• 采用跨阻放大器的电流检测模式（适用于功率测量）

如图所示为热释电探测器的相对灵敏度曲线（以1太赫兹处灵敏度为基准进行归一化）。在200-500微米波长范围内，灵敏度变化幅度保持在2%以内。在直至厘米波段的更宽波长范围内进行的附加测量与比对，均显示出同样优异的吸收特性。

校准

所有探测器均将在柏林德国联邦物理技术研究院（PTB）配合电流前置放大器（校准单位为V/W）在1.4太赫兹频率下完成校准。根据吸收作用物理特性，该灵敏度值在更长波长范围内同样适用。PTB已确认在直至600微米的波段内具有近乎波长无关的吸收特性，现已在更长波段（直至3毫米）获得实验验证。

校准时探测器处于无防护窗状态，在此条件下需严格避免空气流动。我们为探测器配备带太赫兹透波片的防护盖，该组件可有效消除因空气流动或风扇运转引起的各类干扰。

太赫兹探测器用作功率计
此为该类探测器的典型应用场景。太赫兹检测系统由探测器与电流前置放大器CPA（详见第20页）构成，专为连接连续激光器与斩波器的应用优化。

热释电探测器具备快速响应潜力，但前置放大器通过带宽限制以降低噪声。选用小有效面积探测器可进一步抑制噪声，实际带宽取决于频率限制（详见前置放大器数据手册）。针对连续重复信号的信噪比提升，常用两种方案：

• 信号平均法

• 锁相放大技术

*上升时间、最大斩波率及工作范围主要取决于放大器带宽（典型应用场景）。带宽越低，噪声越小，可测功率下限越低，但最大斩波频率随之降低。如需高重复频率或低功率应用的放大器，可另行定制。

CPA前置放大器不同带宽下的检测限示例

THz20探测器配合电流放大器CPA及斩波器用作功率计的典型波形图

太赫兹探测器用作能量计
热释电传感器可直接连接示波器（输入阻抗1 MΩ）或电压前置放大器VPA（详见第20页）用于多种应用场景，但此类连接方式会限制最小可测能量与最大重复频率等参数。配合前置放大器可有效拓展这些参数范围。

无前置放大器时的典型参数如下：
根据传感器直径与重复率的不同，灵敏度最高可达10⁶ V/J，最大重复频率可达1000 pps，最小可测能量量级为50 nJ（更多参数欢迎垂询）。

不建议选用HS型进行能量测量，因其传感器电容显著增大导致灵敏度大幅降低。

THz20探测器配合电压放大器VPA用作能量计的典型波形图