JJF
中华人民共和国国家计量技术规范
JJF1603—2016
(0.1～2.5)THz太赫兹光谱仪校准规范
Calibration Specification for (0.1~2.5) THz Terahertz Spectrometers
2016-11-30发布
2017-02-28实施
国家质量监督检验检疫总局发布 JJF1603—2016
(0.1～2.5)THz 太赫兹
光谱仪校准规范 Calibration Specification for
JJF 1603—2016
(0.1~2.5)THz Terahertz Spectrometers
归口单位：全国光学计量技术委员会主要起草单位：中国计量科学研究院参加起草单位：上海市计量测试技术研究院
北京市计量检测科学研究院中国工程物理研究院计量中心
本规范委托全国光学计量技术委员会负责解释 JJF1603—2016
本规范主要起草人：
邓玉强（中国计量科学研究院）孙青 (中国计量科学研究院)
参加起草人：
冯国进（中国计量科学研究院）夏铭 (上海市计量测试技术研究院) 贾亚青（北京市计量检测科学研究院）冉铮慧（中国工程物理研究院计量中心） JJF1603—2016
目 录
引言 1 范围 2 术语. 3 概述· 4 计量特性· 5校准条件 5.1环境条件… 5.2 测量标准· 6校准项目和校准方法 6.1 校准项目 6.2 校准前准备 6.3 校准方法· 7校准结果 8复校时间间隔附录A 校准证书内页推荐格式附录B 校准原始记录推荐格式附录C 不确定度评定示例
(Ⅱ) (1) (1) (1) (2) (2) (2) (3) (3) (3) (3) (3) (4) (5) (6) (8) (10)
..
I JJF1603—2016
引言
JJF1071《国家计量校准规范编写规则》、JJF 1001《通用计量术语及定义》、 JJF1059.1《测量不确定度评定与表示》共同构成本规范制定的基础性系列规范
本规范为首次发布。
Ⅱ JJF1603—2016
(0.12.5)THz太赫兹光谱仪校准规范
1范围
本规范适用于频率在0.1THz～2.5THz范围内太赫兹光谱仪的校准。 2术语
2.1太赫兹辐射terahertzradiation，THz
频率在0.1THz～10THz之间，波长在30um～3mm范围的电磁辐射。处于微波与红外之间的过渡区域，也称太赫兹波或太赫兹。 2.2太赫兹时域光谱技术terahertz time-domain spectroscopy，THz-TDS
通过测量太赫兹脉冲电场时域波形，利用傅里叶变换算法，得到太赫兹脉冲在频域的光谱和相位的技术。 2.3太赫兹回波脉冲terahertzechopulse
太赫兹脉冲通过光学元件传播时，在元件前后表面往复反射后被探测到的时域脉冲。太赫兹回波脉冲与主脉冲在时域产生时间延迟，在频域产生光谱干涉。
3概述
太赫兹光谱仪是利用太赫兹时域光谱技术测量样品在太赫兹波段光谱特性的仪器，也叫太赫兹时域光谱仪或太赫兹时域光谱测量系统。太赫兹光谱仪利用飞秒脉冲激光激发超快光电导天线瞬态发射相干太赫兹辐射或在电光晶体中利用光学整流效应产生超短相干太赫兹辐射，利用另一束飞秒脉冲激光探测太赫兹辐射电场，通过电光晶体和平衡探测器进行电光采样探测或利用超快光电导天线探测。改变探测脉冲与泵浦脉冲之间的时间延迟获得太赫兹时域脉冲波形，利用太赫兹时域光谱技术获得频域光谱和相位。通过待测样品与太赫兹辐射相互作用而测量样品在太赫兹波段的透射光谱与反射光谱特性，从而得出折射率和吸收系数，掌握样品光学特性。
太赫兹光谱仪通常的光谱测量范围是0.1THz2.5THz。太赫兹光谱仪从光路结构上分为透射式和反射式。透射式和反射式太赫兹光谱仪的结构示意图分别如图1和图2所示。
1 JJF1603—2016
Delay
39
TL
图1透射式太赫兹光谱仪结构示意图
Laser-飞秒激光器；BS一分束镜；Delay一光学延迟线；M一反射镜；TE一太赫兹发射器；
TD一太赫兹探测器；PM一抛物面镜；TL一太赫兹透镜；S一样品；PC一计算机
De
Del
Lase
Lase
PC
PC
TE
.
TBS
b）角度反射
a）垂直反射图2反射式太赫兹光谱仪结构示意图
Laser一飞秒激光器；BS一分束镜；Delay一光学延迟线；M一反射镜；TE一太赫兹发射器；
TD一太赫兹探测器；PM一抛物面镜；TL一太赫兹透镜；S一样品；PC一计算机
4计量特性
4.1频率相对示值误差：不超过士5%。 4.2规则透射比相对示值误差：不超过士20%。 4.3规则反射比相对示值误差：不超过士20%。
注：以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。 5校准条件
5.1环境条件 5.1.1环境温度：（23士5）℃ 5.1.2环境湿度：≤70%RH 5.1.3太赫兹光路部分湿度：≤30%RH 5.1.4 环境洁净，避免灰尘对设备造成的毁损 5.1.5振动与干扰：校准区域内无可感觉到的空气波动、无影响测量数据的振动、电磁干扰和背景辐射 2 JJF1603—2016
5.2测量标准 5.2.1频率标准器
在太赫兹频段具有法布里-珀罗干涉效应的标准具，利用干涉光谱峰谷值实现被校太赫兹光谱仪频率示值校准，相对扩展不确定度：Urel=2%（k=2）。 5.2.2规则透射比标准器
规则透射比标称值：50%，相对扩展不确定度：Urel=10%（k=2）。 5.2.3规则反射比标准器
规则反射比标称值：30%或95%，相对扩展不确定度：Urel=12%（k=2）。
6校准项目和校准方法
6.1校准项目
校准项目为频率示值误差和修正因子、规则透射比示值误差和修正因子、规则反射比示值误差和修正因子。 6.2校准前准备
在进行仪器校准之前，首先对仪器外观检查，目测是否有影响计量性能的碰伤、划痕以及影响测量的其他缺陷。按照仪器使用说明书的规定执行仪器的启动和准备程序。
启动预热太赫兹光谱仪，确保太赫兹光谱仪进人稳定工作状态，并尽可能降低太赫兹传输光路中的湿度。 6.3校准方法 6.3.1频率示值误差和修正因子
用被校太赫兹光谱仪测量频率标准器，使测得的太赫兹时域波形至少包含一个由频率标准器引起的太赫兹回波脉冲，得到被校太赫兹光谱仪的测量光谱Sdut（）。在（0.3～1.5)THz范围内找出Saur（f）的5个特征光谱峰值示值Sp.dut（p）i=1，2，，5）。 测量3次。第i峰值处频率示值误差△f：按公式（1）计算：
(1)
Af.=fi,dut-fi,s(i=l，2，.."，5)
式中： f，dut一3次测量第i峰值频率示值均值； fi，s一一第i峰值频率标准值。 第i峰值处频率修正因子cr按公式（2）计算：
Ci.f= fi, du fi.s
(2)
6.3.2规则透射比示值误差和修正因子
用被校太赫兹光谱仪测量规则透射比标准器在0.5THz、1.0THz、1.5THz和 2.0THz4个频率的规则透射比示值tf，dut，测量太赫兹时域波形的主脉冲峰值位置和脉冲波形时域长度应与规则透射比标准器校准条件一致。重复测量3次。频率处规则透射比示值误差△t按公式（3）计算：
(3) 3
Aty=tf, dut-tf,s