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中国参加国际太赫兹功率比对 响应度超过美德

近日科学家们研发的一种能够检测光波的最新设备或能帮助打开电磁光谱的最后边界——太赫兹(Terahertz)光谱。

中国参加国际太赫兹功率比对 响应度超过美德

世界上第一个太赫兹波段的行波光管放大器。

中国参加国际太赫兹功率比对 响应度超过美德

配备太赫兹量子级联激光器的纳米线探测器。

中国参加国际太赫兹功率比对 响应度超过美德

太赫兹量子级联激光器的研制难度大,对结构设计、材料生长和器件工艺均有很高的要求。

本报讯(刘旭红林延东)日前,国际首次太赫兹功率比对在德国柏林举行,参加比对的德、美、中3国的国家计量院采用不同的技术路线,取得的测量结果都能相互吻合。其中,中国计量院参加比对的太赫兹辐射计测量不确定度最小、响应度最高,标志着我国太赫兹辐射功率计量能力步入国际领先行列。

太赫兹介于红外和微波频段之间,是连接电子学和光子学的桥梁,在信息科学、材料科学、生物化学等许多领域具有重要应用价值和重大应用潜力。由于缺乏有效的测量方法和测量仪器,人们对于该频段的辐射特性了解甚少。随着太赫兹技术的发展和广泛应用,太赫兹辐射源、太赫兹探测器、太赫兹测量系统大量涌入市场。在高速宽带通信、功能材料研制、生物医学成像、机场港口安检、地沟油检测、危险化学品监测预警等许多领域的应用日益广泛。然而国际上缺少太赫兹相关参数测量标准,导致太赫兹产品的特性难以客观准确评估,无法科学评估并保障太赫兹研究和应用的有效性。

为解决这一问题,先进国家的计量院相继开展此方面的研究。如德国联邦物理技术研究院(PTB)利用低温辐射计率先实现了太赫兹功率溯源至国际单位制;美国标准技术研究院(NIST)利用碳纳米管作为吸收体实现了太赫兹辐射功率的测量;中国计量院利用自主研制发明的一种太赫兹超强吸收材料实现了太赫兹辐射功率的绝对测量和量值溯源。

为保障太赫兹计量量值准确可靠,2013年,德、美、中3国的国家计量院共同商定了比对方案和进程,对参比国家实验室提出了资格要求。以国际正式论文作为证明,经筛查后有4国的国家计量院符合参加条件,最终有能力参加比对的实验室仅有美国NIST、中国NIM和德国PTB3家,其中PTB为主导实验室。

中国计量院参比负责人、激光室副主任邓玉强博士介绍说,此次比对规定在2.52THz和0.762THz两个频率点下进行,3国参比实验室分别采用互不相同的技术路线复现量值,在同一地点一起进行现场实验测量。最终比对结果表明,3国的现场测量结果都能相互吻合,等效一致。中国计量院在比对的两个频率点均以最小的测量不确定度取得国际等效。

中国计量院参加此次国际比对所采用的太赫兹辐射计及其关键部件均由邓玉强和孙青2位副研究员自主研制发明,其中,太赫兹辐射计吸收材料的吸收带宽和吸收率均为目前国际最高水平,可实现100GHz到可见光波段辐射功率的高准确度测量,且响应光谱平坦。在PTB实验室的现场测量中,该太赫兹辐射计表现出卓越的性能,具有良好的重复性、稳定性和信噪比,非线性仅为0.4%,被德国国家计量院太赫兹辐射度实验室主任AndreasSteiger博士誉为“具有德国产品的质量”。

据了解,此次为国际首次太赫兹功率比对,被国际光度辐射度咨询委员会(CCPR)关键量比对工作组主席YoshiOhno博士认为是“太赫兹计量领域的重大里程碑”,将对今后的太赫兹科学研究和太赫兹技术推广应用起到积极的推进作用。

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