太赫兹波的探测
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肖特基二极管是以贵金属（铅、铂等）A 为正极，以 n 型半导体 B 为负极，利 用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。由于 n 型半 导体中存有大量的电子，而贵金属仅有少量的自由电子，所以电子便从浓度高的 B 中向浓度低的 A 中扩散。很显然，金属 A 中没有空穴，从而也就不存在空穴由 A 向 B 的扩散运动。随着电子不断得从 B 扩散到 A，B 表面电子浓度逐渐降低，同 时表面电中性也会被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为 B→A。但在该电场作 用之下，A 中的电子也会产生从 A→B 的漂移运动，从而削弱了由于扩散运动而形 成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不 同引起的电子扩散运动达到相对平衡，由此便形成了肖特基势垒。
连续太赫兹信号的探测
对于连续太赫兹波的探测，最常用的热效应探测器，它们是基于热吸收的宽波
段直接探测。不过它们需要冷却来降低热背景，这类常用的装置有液 He 冷却的 Si、Ge 和 Inb 测辐射热计。如果需要更高的频率分辨率时，则需采用另外的窄带探 测方法。这类太赫兹波探测目前有电子探测器、半导体探测器等。其中，热效应探 测器大都是基于热吸收效应，它们使用方便，但只能做非相干探测，不能获取相干 太赫兹波的相位信息。电子探测器是基于电子学的变频技术，它们的特点是成本较 低，结构紧凑。 3.2.1 测辐射热计
图 3-11 高莱探测器
如图 3-11 所示为高莱探测器的外形和原理结构图，其中，图（a）所示为高莱 探测器的实物图，图（b）所示为高莱探测器的原理结构图，结构图中的“1”为接 收窗口，“2”为薄膜，“3”为隔膜， “4”为压强导管，“5、6、7”为光学重新调 焦系统，“8”为 LED 二极管， “9”为光电二极管。其中光电晶体的照度取决于 隔膜的形状，而隔膜的形状则与腔内的压强有关。 3.2. 3 热释电探测器
相比于测辐射热计，高莱探测器的最大输入功率为 10μW，其工作频率在 0.11001THz 之间。它的噪声等效功率约为 10－10W/Hz1/2，且响应率为 1.5×105V/W。 但它的调幅却只有 20Hz。
对高莱探测器进行操作同样也需要注意一些事项：1）高莱探测器是一种精密 的仪器，所以它和测辐射热计一样，它们的位置都是固定的，以此来保持其气室中 气体的稳定性；2）它的最大功率非常得低，所以不能把它加热到很高的温度。
如上文所述，测辐射热计（Bolometer）是一种非相干探测器，它只记录所探 测的辐射功率大小。其原理是：用一根电阻将温度为 T0 热源和吸收体连接起来， 然后对吸收体施加偏置功率为 Pbias 的偏置电场，则这时如果吸收体接收到辐射功 率为 Psignal 的太赫兹辐射信号，吸收体的温度会高于热源的温度。如果保持偏置功 率 Pbias 不变，当 Psignal 发生变化时，电阻温度会相应发生改变，如图 3-10 所示。 由此可以通过电阻来测量辐射功率。吸收体的温度可以由下式求得
图 3-10 （a）测辐射热计原和实物图
3.2.2 高莱探测器 用高莱探测器（Golay Cell）也是可以探测太赫兹辐射的。其原理是：当太赫
兹辐射通过接收窗口照射到吸收薄膜上时，吸收薄膜将能量传递给与之相连的气 室，使气体温度和气压升高，以此驱动与气室相连的反射镜膨胀偏转，通过光学方 法检测反射镜的移动量，就能间接的测量太赫兹辐射。这种探测器的优点是对波长 可以不进行选择，响应波段宽，且能在室温条件下工作，使用方便，但由于其反应 时间长，灵敏度低，一般只用于辐射变化缓慢的场合。
P P
T=T0+ signal
bias
G
其中响应时间，即热时间常数 τ＝C/G，C 表示探测元热容，G 为响应元与周围环
境的热导。据此即可算出辐射功率来。测辐射热计的背景热噪声比较大，如果要想
降低热噪声，必须在低温条件下进行操作才行。实验中所用的电阻通常是用超导材
料做成的，并且它工作在转变温度附近。即使是温度发生了微小的变化，也能精确 地测量出电阻的变化量来。
图 3-12 热释电探测的等效电路原理图
3.2.4 肖特基二极管 肖特基二极管也称肖特基势垒二极管（简称 SBD），它是一种低功耗、超高速
半导体器件，其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通电压降仅为 0.4V 左右，而整流电流却可达到几千安培。它们的这些特性是快恢复二极管所无法比拟 的。它对太赫兹的探测是一种外差式探测，这种探测方法需要一个本征 THz 振荡 源，首先，待测信号与该本征 THz 信号混合，对信号频率பைடு நூலகம்行下转换（down conversion），然后再对转换后的低频信号进行放大测量。
热释电探测器是利用热释电材料的自发极化强度随温度而变化的效应制成的 一种热敏型红外探测器，如图 3-12 所示。热释电材料是一种具有自发极化的电介 质，它的自发极化强度随温度变化，可用热释电系数 p 来描述 p=dP/dT 其中 P 为极 化强度，T 为温度。在恒定温度下，材料的自发极化被体内的电荷和表面吸附电荷 所中和。如果把热释电材料做成表面垂直于极化方向的平行薄片，当红外辐射入射 到薄片表面时，薄片因吸收辐射而发生温度变化，引起极化强度的变化。而中和电 荷由于材料的电阻率高跟不上这一变化，其结果是薄片的两表面之间出现瞬态电 压。若有外电阻跨接在两表面之间，电荷就通过外电路形成电流。电流的大小除与 热释电系数成正比外，还与薄片的温度变化率成正比，可用来测量入射辐射的强 弱。
测辐射热计的工作温度一般在 1.6K 左右，但它的工作物质是半导体材料硅。 其工作频率范围在 0.1THz－100THz 之间，噪声等效功率（NEP）则约为 4.5×1015W/Hz1/2，响应率约是 8.14×106V/W，以及对应的调幅在 10－200Hz 之间。
对测辐射热计进行操作需要注意以下几点：1）它必须在低温环境中操作； 2）用它进行测量所能够持续的时间要受到杜瓦瓶中低温冷却液体的制约；3）测辐 射热计目前还没有做到便携式的地步，所以它必须的固定在一定的位置之处；4） 根据最新的研究进展，利用微型测辐射热计可以在常温条件下进行成像测量了。
热释电型红外探测器都是用硫酸三甘酞(TGS)和钽酸锂 (LiTaO3)等优质热释电 材料(p 的数值为 10-8C/K.cm2)的小薄片作为响应元，加上支架、管壳和窗口等构 成。它在室温工作时，对波长没有选择性。但它与其他热敏型红外探测器的根本区 别在于，后者利用响应元的温度升高值来测量红外辐射，响应时间取决于新的平衡 温度的建立过程，时间比较长，不能测量快速变化的辐射信号。而热释电型探测器 所利用的是温度变化率，因而能探测快速变化的辐射信号。这种探测器在室温工作 时的探测率可达 D≈1～2×109cm·Hz1/2/W。
连续太赫兹信号的探测
对于连续太赫兹波的探测，最常用的热效应探测器，它们是基于热吸收的宽波
段直接探测。不过它们需要冷却来降低热背景，这类常用的装置有液 He 冷却的 Si、Ge 和 Inb 测辐射热计。如果需要更高的频率分辨率时，则需采用另外的窄带探 测方法。这类太赫兹波探测目前有电子探测器、半导体探测器等。其中，热效应探 测器大都是基于热吸收效应，它们使用方便，但只能做非相干探测，不能获取相干 太赫兹波的相位信息。电子探测器是基于电子学的变频技术，它们的特点是成本较 低，结构紧凑。 3.2.1 测辐射热计
图 3-11 高莱探测器
如图 3-11 所示为高莱探测器的外形和原理结构图，其中，图（a）所示为高莱 探测器的实物图，图（b）所示为高莱探测器的原理结构图，结构图中的“1”为接 收窗口，“2”为薄膜，“3”为隔膜， “4”为压强导管，“5、6、7”为光学重新调 焦系统，“8”为 LED 二极管， “9”为光电二极管。其中光电晶体的照度取决于 隔膜的形状，而隔膜的形状则与腔内的压强有关。 3.2. 3 热释电探测器
相比于测辐射热计，高莱探测器的最大输入功率为 10μW，其工作频率在 0.11001THz 之间。它的噪声等效功率约为 10－10W/Hz1/2，且响应率为 1.5×105V/W。 但它的调幅却只有 20Hz。
对高莱探测器进行操作同样也需要注意一些事项：1）高莱探测器是一种精密 的仪器，所以它和测辐射热计一样，它们的位置都是固定的，以此来保持其气室中 气体的稳定性；2）它的最大功率非常得低，所以不能把它加热到很高的温度。
如上文所述，测辐射热计（Bolometer）是一种非相干探测器，它只记录所探 测的辐射功率大小。其原理是：用一根电阻将温度为 T0 热源和吸收体连接起来， 然后对吸收体施加偏置功率为 Pbias 的偏置电场，则这时如果吸收体接收到辐射功 率为 Psignal 的太赫兹辐射信号，吸收体的温度会高于热源的温度。如果保持偏置功 率 Pbias 不变，当 Psignal 发生变化时，电阻温度会相应发生改变，如图 3-10 所示。 由此可以通过电阻来测量辐射功率。吸收体的温度可以由下式求得
图 3-10 （a）测辐射热计原和实物图
3.2.2 高莱探测器 用高莱探测器（Golay Cell）也是可以探测太赫兹辐射的。其原理是：当太赫
兹辐射通过接收窗口照射到吸收薄膜上时，吸收薄膜将能量传递给与之相连的气 室，使气体温度和气压升高，以此驱动与气室相连的反射镜膨胀偏转，通过光学方 法检测反射镜的移动量，就能间接的测量太赫兹辐射。这种探测器的优点是对波长 可以不进行选择，响应波段宽，且能在室温条件下工作，使用方便，但由于其反应 时间长，灵敏度低，一般只用于辐射变化缓慢的场合。
P P
T=T0+ signal
bias
G
其中响应时间，即热时间常数 τ＝C/G，C 表示探测元热容，G 为响应元与周围环
境的热导。据此即可算出辐射功率来。测辐射热计的背景热噪声比较大，如果要想
降低热噪声，必须在低温条件下进行操作才行。实验中所用的电阻通常是用超导材
料做成的，并且它工作在转变温度附近。即使是温度发生了微小的变化，也能精确 地测量出电阻的变化量来。
图 3-12 热释电探测的等效电路原理图
3.2.4 肖特基二极管 肖特基二极管也称肖特基势垒二极管（简称 SBD），它是一种低功耗、超高速
半导体器件，其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通电压降仅为 0.4V 左右，而整流电流却可达到几千安培。它们的这些特性是快恢复二极管所无法比拟 的。它对太赫兹的探测是一种外差式探测，这种探测方法需要一个本征 THz 振荡 源，首先，待测信号与该本征 THz 信号混合，对信号频率பைடு நூலகம்行下转换（down conversion），然后再对转换后的低频信号进行放大测量。
热释电探测器是利用热释电材料的自发极化强度随温度而变化的效应制成的 一种热敏型红外探测器，如图 3-12 所示。热释电材料是一种具有自发极化的电介 质，它的自发极化强度随温度变化，可用热释电系数 p 来描述 p=dP/dT 其中 P 为极 化强度，T 为温度。在恒定温度下，材料的自发极化被体内的电荷和表面吸附电荷 所中和。如果把热释电材料做成表面垂直于极化方向的平行薄片，当红外辐射入射 到薄片表面时，薄片因吸收辐射而发生温度变化，引起极化强度的变化。而中和电 荷由于材料的电阻率高跟不上这一变化，其结果是薄片的两表面之间出现瞬态电 压。若有外电阻跨接在两表面之间，电荷就通过外电路形成电流。电流的大小除与 热释电系数成正比外，还与薄片的温度变化率成正比，可用来测量入射辐射的强 弱。
测辐射热计的工作温度一般在 1.6K 左右，但它的工作物质是半导体材料硅。 其工作频率范围在 0.1THz－100THz 之间，噪声等效功率（NEP）则约为 4.5×1015W/Hz1/2，响应率约是 8.14×106V/W，以及对应的调幅在 10－200Hz 之间。
对测辐射热计进行操作需要注意以下几点：1）它必须在低温环境中操作； 2）用它进行测量所能够持续的时间要受到杜瓦瓶中低温冷却液体的制约；3）测辐 射热计目前还没有做到便携式的地步，所以它必须的固定在一定的位置之处；4） 根据最新的研究进展，利用微型测辐射热计可以在常温条件下进行成像测量了。
热释电型红外探测器都是用硫酸三甘酞(TGS)和钽酸锂 (LiTaO3)等优质热释电 材料(p 的数值为 10-8C/K.cm2)的小薄片作为响应元，加上支架、管壳和窗口等构 成。它在室温工作时，对波长没有选择性。但它与其他热敏型红外探测器的根本区 别在于，后者利用响应元的温度升高值来测量红外辐射，响应时间取决于新的平衡 温度的建立过程，时间比较长，不能测量快速变化的辐射信号。而热释电型探测器 所利用的是温度变化率，因而能探测快速变化的辐射信号。这种探测器在室温工作 时的探测率可达 D≈1～2×109cm·Hz1/2/W。