在THz波段的开发和利用中,功率、波长和频谱特性是太赫兹信号的重要参数,反映了太赫兹信号的工作特性,是太赫兹信号的核心指标,信号的检测和分析具有重要意义。
由于太赫兹频率范围覆盖0.1THz~10THz,在低频端与毫米波相重合,而在高频端与红外线相重合。THz所处的位置正好处于科学技术发展相对较好的微波毫米波电子学与红外线光学之间,形成一个相对落后的“空白”。因此,历史上太赫兹信号分析仪的发展有基于电子学技术的对微波毫米波信号分析仪进行频率扩展和基于光电子学的信号分析两个方向。2010年前后,工作频率分段覆盖0.1THz~1.1THz的谐波混频器产品的推出,标志着基于电子学技术的太赫兹频谱分析仪实现覆盖至1.1THz信号的频谱测量。工作频率覆盖0.075THz~1.1THz范围的热电耦式功率计产品的推出,标志着基于电子学的太赫兹信号功率测量覆盖至1.1THz;工作波长覆盖0.1THz~10THz的光功率计的推出,标志着基于光电子学功率测量技术的太赫兹功率测量可完整覆盖太赫兹频率范围;工作频率覆盖0.1THz~10THz的太赫兹波长计产品的推出,标志着基于光电子学的太赫兹波长计可完整覆盖太赫兹频率范围。随着太赫兹基础理论和传输系统、谐振系统等基础功能器件和信号检测器件的发展,基于电子学技术的太赫兹信号分析仪将向更高频率扩展,基于光电子学技术的太赫兹信号分析仪将向更高测量精度的方向发展。
太赫兹信号分析仪按测试功能主要分为太赫兹频谱分析仪、太赫兹功率计、太赫兹波长计等几大类。太赫兹频谱分析仪主要实现太赫兹信号在频域上的频率分布和幅度等频谱参数的测量功能;太赫兹功率计主要实现太赫兹信号绝对功率测量功能,分为基于电子学的功率计和基于光电子学的功率计两大类。基于电子学技术的太赫兹功率计产品根据功率检测原理主要有热耦式和肖特基二极管检波式两种。按照测量信号类型,太赫兹功率计可分为连续波功率计和脉冲功率计两类,连续波功率计实现太赫兹信号的平均功率测量,脉冲功率计实现太赫兹信号功率和时间关系的测量功能。太赫兹波长分析仪主要实现太赫兹信号波长测量功能,根据被测光信号中光载频成分的不同,大体上可将光波长测量技术分为两类:一是针对包含多个光载频的光信号而言的多波长测量技术;另一种是针对线宽足够窄的单色光信号而言的单波长测量技术。
太赫兹频谱分析仪基于电子学技术,一般采用微波频谱分析仪主机加频率扩展模块的方式。频率扩展模块起到将被测太赫兹信号下变频至易于处理的微波频段中频信号的作用,可根据主机测得的中频信号频率fIF和功率PIF以及本振频率fLO、频率扩展模块的谐波次数N精确计算得出被测太赫兹信号的频率fRF和功率PRF等频谱参数。太赫兹功率计由功率传感器和功率指示器两部分组成。功率传感器也称功率探头,实现把太赫兹信号通过能量转换为可以直接检测的电信号的作用,功率指示器将功率传感器转换生成的电信号进行放大、变换处理后,在显示器显示太赫兹信号功率值。太赫兹波长计借助于具有波长选择功能的光学器件,利用光学原理得出该器件在所测波长范围内的传输特性,进而实现对光波长的测量。
太赫兹频谱分析仪实现对太赫兹信号频率成分和对应功率等频谱参数的测试功能,主要指标有工作频率范围、频率和功率测量准确度以及动态范围等指标。太赫兹功率计实现对太赫兹信号绝对功率的测试功能,主要指标有工作频率范围、功率测量精度、最大可测功率和灵敏度等指标。太赫兹波长计实现信号波长测量功能,主要指标有可测波长范围和波长测量精度。