本文關(guān)鍵詞：高溫超導(dǎo)太赫茲檢測器

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【摘要】：太赫茲(THz)輻射具有許多獨(dú)特的性質(zhì),使其在諸多領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。高靈敏、簡單、易用的THz檢測器,不僅是進(jìn)行THz技術(shù)相關(guān)科學(xué)研究的基礎(chǔ),更是THz技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用的必備條件。因此對THz檢測器的研究是THz技術(shù)發(fā)展中最重要的環(huán)節(jié)之一。高溫超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)具有良好的高頻響應(yīng),它作為THz檢測器具有靈敏度高、噪聲低、工作頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)。高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)是約瑟夫森結(jié)的一種,它可以用作THz檢測器,并且根據(jù)不同的原理具有多種不同的檢測方式。本文的研究工作圍繞高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)THz檢測器展開,主要研究了高溫超導(dǎo)THz檢測器的制備方法、基本特性及多種檢測方式與應(yīng)用,在高溫超導(dǎo)THz檢測器的實(shí)用化方面取得了較大的進(jìn)展。本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)有：1)首次利用高溫超導(dǎo)YBCO檢測器檢測到高溫超導(dǎo)BSCCO源的輻射,為高溫超導(dǎo)集成THz接收機(jī)的研發(fā)提供了一種新途徑。在BSCCO源THz輻射下,YBCO結(jié)電流電壓曲線上最多出現(xiàn)7次Shapiro臺階。基于RSCJ模型進(jìn)行數(shù)值仿真,計(jì)算出YBCO結(jié)處THz功率達(dá)82μW,頻率為500GHz。2)提出了利用YBCO檢測器快速表征BSCCO源輻射特性的新方法,用此方法研究了BSCCO源輻射功率、頻率隨偏置電流的變化規(guī)律。該方法利用了小功率輻射條件下可直接使用Shapiro臺階高度與位置表征THz輻射功率與頻率的原理,避免了復(fù)雜的數(shù)值運(yùn)算。研究表明當(dāng)T=18 K時,通過調(diào)節(jié)BSCCO源的偏置電壓,輻射頻率從494 GHz變化到576 GHz。3)研發(fā)基于希爾伯特變換的小型高溫超導(dǎo)THz頻譜儀,高溫超導(dǎo)THz檢測結(jié)、THz耦合系統(tǒng)、雙晶結(jié)電特性測量系統(tǒng)、頻譜儀控制程序等核心模塊均自主研發(fā)。頻譜儀成功實(shí)現(xiàn)對0.1～2.5 THz輻射檢測,最高頻率分辨率達(dá)0.04 GHz@114 GHz,2 GHz@1.78 THz。4)開展了高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)THz諧波混頻檢測的相關(guān)研究。在GM制冷機(jī)與Stirling制冷機(jī)兩種制冷機(jī)上分別研發(fā)了高溫超導(dǎo)THz混頻檢測系統(tǒng),前者制冷功率強(qiáng)、控溫范圍廣,主要用于科學(xué)研究；后者體積小巧、便于攜帶,主要用于實(shí)際應(yīng)用。成功實(shí)現(xiàn)對20μW、623 GHz信號的諧波混頻檢測,諧波次數(shù)高達(dá)200次。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲 約瑟夫森結(jié) 高溫超導(dǎo) 太赫茲檢測器
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM26
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第1章 緒論10-37
• 1.1 太赫茲科學(xué)與技術(shù)10-24
• 1.1.1 太赫茲概述10-13
• 1.1.2 太赫茲輻射源13-17
• 1.1.3 太赫茲檢測器17-24
• 1.2 超導(dǎo)電子學(xué)24-31
• 1.2.1 超導(dǎo)概述24-28
• 1.2.2 約瑟夫森效應(yīng)與約瑟夫森結(jié)28-31
• 1.3 高溫超導(dǎo)太赫茲器件31-35
• 1.3.1 高溫超導(dǎo)BSCCO太赫茲源31-34
• 1.3.2 高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)的多種太赫茲檢測方式34-35
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)35-37
• 第2章 高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)太赫茲檢測器的設(shè)計(jì)、制備與表征37-56
• 2.1 高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)的設(shè)計(jì)與制備37-43
• 2.1.1 太赫茲器件設(shè)計(jì)37-40
• 2.1.2 雙晶結(jié)制備工藝40-43
• 2.2 高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)特性表征43-55
• 2.2.1 測試系統(tǒng)43-44
• 2.2.2 特性表征方法44-51
• 2.2.3 YBCO雙晶結(jié)參量關(guān)系51-55
• 2.3 本章小結(jié)55-56
• 第3章 YBCO太赫茲檢測器的RCSJ模型數(shù)值仿真法與應(yīng)用56-67
• 3.1 研究背景56-59
• 3.1.1 研究內(nèi)容與意義56-57
• 3.1.2 測試系統(tǒng)與研究方法57-58
• 3.1.3 BSCCO源的結(jié)構(gòu)與制備工藝58-59
• 3.2 研究結(jié)果與分析59-66
• 3.2.1 邁克爾遜干涉儀表征BSCCO源輻射特性59-60
• 3.2.2 YBCO雙晶結(jié)檢測BSCCO源輻射60-63
• 3.2.3 基于RCSJ模型的約瑟夫森結(jié)Ⅳ曲線數(shù)值仿真63-66
• 3.3 本章小結(jié)66-67
• 第4章 YBCO太赫茲檢測器的小功率快速表征法及應(yīng)用67-82
• 4.1 背景介紹67-69
• 4.1.1 YBCO結(jié)快速表征小功率THz輻射的原理67-69
• 4.1.2 BSCCO輻射源自混頻頻譜69
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置與自動測量方法69-72
• 4.3 研究結(jié)果與分析72-77
• 4.3.1 BSCCO源的結(jié)構(gòu)與輻射特性72
• 4.3.2 BSCCO源輻射特性隨偏置電流變化規(guī)律72-76
• 4.3.3 BSCCO源的自混頻頻譜特性76-77
• 4.4 BSCCO源輻射特性與機(jī)制討論77-81
• 4.5 本章小結(jié)81-82
• 第5章 小型高溫超導(dǎo)太赫茲頻譜儀——希爾伯特變換法82-96
• 5.1 背景介紹82-85
• 5.1.1 希爾伯特變換頻譜儀的發(fā)展82-83
• 5.1.2 希爾伯特變換頻譜儀的原理83-85
• 5.2 小型高溫超導(dǎo)太赫茲頻譜儀的研制85-90
• 5.2.1 系統(tǒng)的技術(shù)路線與主要結(jié)構(gòu)模塊85-89
• 5.2.2 小型太赫茲頻譜儀實(shí)體89-90
• 5.3 性能測試與研究90-95
• 5.3.1 小型太赫茲頻譜儀頻譜性能測試90-92
• 5.3.2 工作溫度對頻譜儀性能的影響92-94
• 5.3.3 小型太赫茲頻譜儀的頻譜線寬研究94-95
• 5.4 本章小結(jié)95-96
• 第6章 高溫超導(dǎo)YBCO雙晶結(jié)混頻檢測96-111
• 6.1 背景介紹96-100
• 6.1.1 混頻器簡介96-98
• 6.1.2 混頻器原理98-100
• 6.2 YBCO雙晶結(jié)太赫茲混頻檢測系統(tǒng)100-106
• 6.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成與所需儀器100-102
• 6.2.2 GM制冷機(jī)上的太赫茲混頻系統(tǒng)102-104
• 6.2.3 Stirling制冷機(jī)上的THz混頻系統(tǒng)104-106
• 6.3 YBCO雙晶結(jié)太赫茲混頻檢測106-110
• 6.3.1 GM制冷機(jī)系統(tǒng)上的THz混頻檢測106-108
• 6.3.2 Stirling制冷機(jī)系統(tǒng)上的THz混頻檢測108-110
• 6.4 本章小結(jié)110-111
• 第7章 總結(jié)與展望111-113
• 7.1 總結(jié)111-112
• 7.2 展望112-113
• 參考文獻(xiàn)113-122
• 附錄A 高溫超導(dǎo)器件特性表征系統(tǒng)122-130
• 發(fā)表論文與申請專利130-132
• 致謝132-134

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：641475