基于超导HEB的太赫兹信号检测

发布时间：2017-09-13 00:53

  本文关键词：基于超导HEB的太赫兹信号检测

  更多相关文章： 太赫兹检测技术 热电子测辐射热计 直接检测器 傅里叶变换光谱仪

【摘要】：太赫兹(THZ)检测技术可分为外差(相干)检测和直接(非相干)检测,不同的检测技术所采用的检测器也并不相同；但其实除了一些响应时间较长的热检测器,很多检测器既可以用作外差检测也可以用作直接检测,超导热电子测辐射热计(HEB)就是其中一种。当超导HEB器件工作在其临界温度TC附近时,温度的微小变化就可以引起器件阻值很大变化,即工作在TC附近的器件可通过其阻值变化来测量所受到的THz源辐射的强度,基于这一特性超导HEB器件可用作直接检测。本文介绍了一种通过注入微波来驱动超导HEB器件实现太赫兹直接检测的方法,并且搭建了一套基于超导NbN HEB的太赫兹直接检测系统。该系统采用易调控的微波来驱动超导NbN HEB芯片,通过给超导NbN HEB加上合适的微波信号(频率为1.5 GHz、功率为-16.52 dBm)和直流偏置(偏置电压为0.25 mV、偏置电流为12μA),使其偏置在最佳工作点来进行太赫兹信号的直接检测。测得该系统的最佳噪声等效功率为8×10-12 W(?)Hz,且系统响应与入射信号的功率始终线性相关。此外,本文利用该超导NbN HEB直接检测系统结合自行开发的傅里叶变换光谱仪(FTS)实现了一套太赫兹信号的快速直接检测系统；将该直接检测系统应用于金属网格滤波器频率特性和THz量子级联激光器(QCL)脉冲模式下的辐射谱的测量,同时还使用商用常温高莱(Golay)检测器和低温半导体测辐射热计检测器与其进行对比实验,测量结果表明我们初步构建的基于超导NbN HEB直接检测器的系统已具有高于Golay检测器、并与商用Bolometer检测器同等的性能,且响应速度远远快于这两种商用检测器。
【关键词】：太赫兹检测技术 热电子测辐射热计 直接检测器 傅里叶变换光谱仪
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN911.23
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 前言8-15
• 1.1 太赫兹波简介及其应用8-9
• 1.2 太赫兹检测技术的发展与现状9-13
• 1.2.1 太赫兹检测技术的分类9-10
• 1.2.2 几种常用的检测器10-13
• 1.3 论文结构13-15
• 第2章 超导NbN HEB直接检测系统15-27
• 2.1 NbN HEB器件的结构与性能15-20
• 2.1.1 器件的结构15-16
• 2.1.2 器件的热电子效应16
• 2.1.3 器件的性能16-20
• 2.2 超导NbN HEB直接检测系统的搭建20-24
• 2.2.1 器件驱动方式20-22
• 2.2.2 系统搭建22-24
• 2.3 超导NbN HEB直接检测系统的性能24-27
• 2.3.1 最佳偏置点24-25
• 2.3.2 系统响应特性25-27
• 第3章 傅里叶变换光谱仪27-40
• 3.1 原理27-28
• 3.2 系统结构28-32
• 3.2.1 斩波器30-31
• 3.2.2 光学反射镜31
• 3.2.3 光束分离器31-32
• 3.2.4 动镜运动控制装置32
• 3.3 系统性能指标32-33
• 3.3.1 频率范围32-33
• 3.3.2 系统分辨率33
• 3.3.3 信噪比33
• 3.3.4 分析速度33
• 3.4 应用33-40
• 3.4.1 测量检测器的频率响应34-36
• 3.4.2 测量太赫兹源的发射谱36-37
• 3.4.3 测量一些材料的吸收谱37-40
• 第4章 基于NbN HEB的THz信号检测40-48
• 4.1 金属网格滤波器频率特性的测量40-42
• 4.2 量子级联激光器的辐射谱测量42-48
• 4.2.1 太赫兹量子级联激光器的电光性能42-45
• 4.2.2 THz QCL辐射谱的测量45-48
• 第5章 总结与展望48-50
• 5.1 总结48
• 5.2 展望48-50
• 参考文献50-54
• 致谢54-55
• 硕士期间研究成果55-56

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