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近年来,由于THz的独特性质在物理、信息、材料和生物等领域具有广阔的应用前景,学术界对其关注程度呈日益升温趋势。在这样的大背景下,THz检测设备的研发显得格外重要。
由于缺乏合适的THz波段测量器件,该波段的电磁波频谱分析一直存在着一些困难。而约瑟夫森结对THz信号有很好的响应,其IV特性曲线在微波辐照后会出现Shapiro台阶。因此,我们提出了一种利用超导约瑟夫森结这个物理现象的THz频谱测量系统。同时,为了提高该THz测量设备的集成度,便于扩大其应用范围,我们进一步研究并开发了一套基于DSP技术的小型THz频谱测量系统,并取得了良好的实验效果。
本文的主要工作是:
在原有THz信号频谱检测系统的基础上,我们引入DSP技术,将该系统小型化、集成化,在降低检测系统成本的同时,提高测量的效率。我们已经成功地用DSP开发板制作了约瑟夫森结偏置恒流源、示波器、数字万用表等功能模块。集成化后的系统在实验当中表现出了良好的性能,其中数据采集速度提高了60倍以上,约瑟夫森结的偏置电流也实现了DSP程序控制。
并且,为了进一步增大集成度,提高系统性能,我们考虑将锁相放大器数字化,用软件锁相放大器(又称数字锁相放大器)替换模拟锁相放大器。该功能目前已经在PC机上采用Labview仿真实现,其中包含了相应的数据采集卡控制模块,以便满足实际测量的需求。
系统体积的减小和集成程度的增高为该THz测量仪器的商业化做出了非常有利的铺垫,使我们的劳动成果有了进一步推广和扩大应用的可能。