【摘要】：近三十年來,超導氮化鈮(NbN)熱電子測輻射熱計(HEB)作為外差檢測器(混頻器)廣泛應用于太赫茲波段天文觀測,并成為1.2 THz以上頻段工作于液氦溫區(qū)低噪聲接收機中最有優(yōu)勢的檢測器。超導NbN HEB響應時間短且靈敏度高,近些年來也用作太赫茲直接檢測器,在生物、醫(yī)藥、安檢等領域都有著較廣的應用前景。基于上述背景,本論文圍繞超導NbN HEB太赫茲直接檢測器的電磁特性以及不同讀出法下采用不同偏置方式時的靈敏度特性開展研究。主要成果為:1.設計制備了對數(shù)螺旋天線耦合型超導NbN HEB芯片,改進制備工藝并提高了成品率。2.對超導NbN HEB本征物理電磁特性進行了研究,建立了分布式超導電阻率模型并計算I-V曲線,仿真了微橋對能隙頻率以下太赫茲輻射的非均勻吸收特性,并利用微波探針工具重點研究了 NbN HEB在雙穩(wěn)態(tài)的弛豫振蕩特性以及阻態(tài)的本征振蕩特性。3.在直流讀出法下,比較了采用熱、微波以及太赫茲偏置時NbN HEB在0.65 THz的直接檢測性能。進一步地,在微波反射讀出法下(特別是針對HEB多像元陣列),分別比較了采用熱與微波偏置時的直接檢測性能。實驗結果表明,通過合適地選擇微波頻率及功率,微波偏置不會惡化靈敏度,我們得到了 pW/(?)量級的光學噪聲等效功率(NEP),比熱偏置時的NEP有一定程度的改善。此外,設計了兩款相應的NbN HEB讀出電路。4.設計制備了一種基于超材料開口諧振環(huán)型超導NbNHEB芯片,進行了太赫茲時域光譜儀和傅里葉變換光譜儀測試,并表征了其在0.65 THz的直接檢測性能(NEP為pW/(?)石量級)。這種新型的電感電容諧振窄帶NbNHEB可作為片上THz光譜儀,在檢測微弱THz短脈沖方面有著潛在的應用價值。
【圖文】：

１．１太赫茲（Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ，ＴＨｚ）波通常指０．１邋ＴＨｚ到１０邋ＴＨｚ頻帶內(nèi)的電磁波逡逑［１，２］，對應波長為３邋ｍｍ到３０／ｉｍ，覆蓋毫米波至遠紅外波段。太赫茲波段處逡逑于電子學和光子學交疊的區(qū)域，直到最近三十多年來，才被世界各地研宄人員逡逑廣泛地重視和研宄。諸多因素限制著太赫茲技術的發(fā)展，有效的太赫茲源和高逡逑靈敏太赫茲檢測器一直以來是研宄的重點。此外，地球大氣對太赫茲的吸收比逡逑較嚴重（主要受水汽振動－轉動能級影響）。為方便參考和查閱，圖１．１給出了逡逑一段ＴＨｚ波（０？２邋ＴＨｚ）的大氣透射譜。逡逑隨著研宄的不斷深入，太赫茲技術應用在不同領域的重要性日益凸顯。例逡逑如，在天文觀測領域［３］，宇宙中許多星系或星云的發(fā)射譜線大多位于太赫茲逡逑波段，因此需要高靈敏太赫茲檢測器，其中比較有名的應用如紅外天文平流層逡逑觀測臺（ＳＯＦ丨Ａ）和阿塔卡瑪毫米波望遠鏡陣列（ＡＬＭＡ）。利用太赫茲波對逡逑干燥、非金屬、非極性材料的強透射能力，可以做無損檢測、安檢及醫(yī)學成像逡逑［４，邋５］等。在生物制藥領域，利用太赫茲光譜技術還可以鑒定藥物的成份［６］。逡逑此外，太赫茲頻帶寬的特點，，使短程寬帶太赫茲通信極具應用前景Ｐ］。逡逑Ｉ邋｜邋｜邐Ｉ邋＿邋ｔ邋Ｉ邋？邋ｌ邋＇邋＾邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋．邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋￣＇逡逑

遠紅外氣體激光器是產(chǎn)生連續(xù)波相干太赫茲輻射源的一種重要裝置，０年首次報道以來［１３］，仍然被當前世界各科研機構的實驗室廣泛使用。逡逑１．２所示，通過（：０２激光泵浦遠紅外諧振腔內(nèi)的氣體分子（如ＣＨ３ＯＨ、逡逑ＯＯＨ等），利用這些有機分子轉動與振動能級間的躍遷，可激發(fā)出不的太赫茲輻射。我們實驗室的遠紅外氣體激光器，其太赫茲輻射頻率６？４．２５邋ＴＨｚ，極化場方向由所選氣體媒介和譜線共同決定。在？２．５邋ＴＨｚ邋（１１８．８／ｉｍ）處可達１５０ｍＷ的輸出功率，為垂直極化（選用ＣＨ３０Ｈ，譜
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O441.4;TN773;P111

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 姜壽祿;超導NbN HEB太赫茲直接檢測器[D];南京大學;2017年

相關碩士學位論文 前1條

1 蓋之慧;基于超導HEB的太赫茲信號檢測[D];南京大學;2016年

本文編號：2657319