[发明专利]一种太赫兹衰减片的制备方法及其衰减特性标定方法

说明书

本发明公开了一种基于金属薄膜的高精度太赫兹衰减片制备方法及其衰减特性标定方法，衰减片设计依据的原理为：太赫兹波是无法穿透金属材质的，但当金属的厚度小于趋肤深度时情况会发生变化，一部分太赫兹波会透过金属薄膜，透射率取决于金属薄膜的厚度，厚度越小透过率也就越大，相应地，衰减就越小；反之，厚度越大，衰减也就越大。采用本发明的技术方案：(1)衰减片对工作频率没有选择性，因此适用于整个太赫兹波段；(2)衰减片为薄膜结构，因此不改变太赫兹波的传输特性，不仅适用于对平行太赫兹波束的衰减，而且同样适用于对会聚波束进行衰减；(3)衰减片通过溅射工艺制备而成，可有效保证制备精度。

技术领域

本发明涉及太赫兹衰减片技术领域，尤其涉及的是，一种太赫兹衰减片的制备方法及其衰减特性标定方法。

背景技术

太赫兹衰减片是一种对太赫兹能量进行衰减的功能器件，在测试计量等领域都具有重要应用。如在对太赫兹探测器的功率响应下限进行测量时，需要微弱的太赫兹信号作为测试源，因此一般采用具有大衰减量的衰减片对入射到探测器探测面的太赫兹波进行衰减。又如高莱管是一种高灵敏度探测器，在太赫兹系统中被广泛应用，其太赫兹功率探测上限仅为10μW左右，超出此值变无法实现有效探测，而太赫兹源的功率一般会在毫瓦至几十毫瓦量级，这就需要用太赫兹衰减片对入射到高莱管的太赫兹功率进行衰减，以满足高莱管探测器功率探测范围的要求。另外在对太赫兹探测端的线性度进行测试时，需要用一系列具有不同衰减量的衰减片对入射到探测端的太赫兹波进行衰减，从而测量不同入射功率下太赫兹探测端的输出信号值，并据此计算探测端的响应线性度。

太赫兹衰减片一般是基于菲涅尔反射原理实现，现有的方案是选用在工作波段无吸收且折射率无频率依赖性的物质作为制备衰减片的材料，通过对材料进行加工制备成衰减片。高阻硅在0.1THz～4THz频段具有极低的吸收和色散，因此在该频段满足衰减片的设计要求，常被用做太赫兹衰减片的材料，通过对硅棒进行切割、抛光等过程加工而成厚度为毫米量级的硅衰减片。衰减片的衰减量仅取决于硅片表面与入射太赫兹波的夹角，硅片表面法线与入射太赫兹波间的夹角越大，反射率就越高，相应地，衰减量也就越大。现有技术方案存在以下缺点：(1)现有方案的适用频段为0.1THz～4THz，对其余太赫兹频段不适用；(2)现有方案中衰减片的厚度在毫米量级，在被衰减波束为会聚波束时，波束的聚焦状态会因衰减片的折射而发生变化，从而为测试过程带来不利影响；(3)该方案对硅衰减片面型的加工精度要求很高，制备难度大，衰减精度难以保证。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出一种基于金属薄膜的高精度太赫兹衰减片制备方法及其衰减特性标定方法，可实现(0.1～10)THz全太赫兹波段内波束能量的高精度衰减，同时对波束传播状态影响极小，既可用于对平行波束进行衰减也适用于会聚波束。所用的标定方法溯源至太赫兹功率标准，标定结果准确可靠。

本发明的技术方案如下：

一种太赫兹衰减片的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤101：清洗聚酯基片并干燥；准备直径为50mm、厚度为25μm的聚酯基片，放入夹具中，依次采用酸洗、酒精和去离子水超声波清洗各5分钟，然后用氮气吹干，使得基片表面尽可能清洁，以提高表面溅射成膜的附着力；

步骤102：将聚酯基片与托盘固定；使用螺钉，将聚酯基片与托盘固定，形成临时键合体；

步骤103：在聚酯基片上表面沉积NiCr薄膜；采用直流磁控溅射技术，在聚酯基片上表面溅射金属薄膜，靶材采用高纯度NiCr20靶，溅射气体采用纯度为99.999％的氩气，背底真空度优于5×10^-5Pa，溅射气压0.5Pa，沉积温度为200℃；

步骤104：将聚酯基片与托盘分离，完成制作；从工件盘上取下固定螺钉，将聚酯基片与托盘分离，即得到在聚酯基片上表面沉积NiCr薄膜的太赫兹衰减片。