高温超导薄膜微波表面电阻测试方法的讨论

介绍一种工作在12GHz附近的高温超导薄膜微波表面电阻Rs测试方法,该系统采用低损耗高介电常数的蓝宝石构成工作在TE011+δ谐振模式的介质谐振器,在77K时,利用它可成功地用于单片50.8mm较大超导薄膜的微波表面电阻Rs无损伤测试.并与工作在17GHz附近的用于测试10mm高温超导薄膜微波表面电阻测试方法进行了比较. 这种测试方法提高了整个测试系统的品质因素,体积小,操作方便,且所需实验条件简单,测试灵敏度高,具有简便、快捷、适合于工业化生产检测的特点.     

双介质谐振器法测量超导薄膜的表面电阻

介绍了清华大学物理系研制的一个测量高温超导薄膜微波表面电阻的系统,展示了测量的原理和过程.本系统是按照目前国际上高温超导薄膜的微波表面电阻的测量标准方案(ICE/TC90)选定的 TE011- TE013双介质谐振器法来对超导薄膜进行测量.介质谐振器谐振的中心频率约为11.96 GHz,具有很高的准确性和灵敏度.在液氮(77 K)温度下,用物理所提供的两片YBCO薄膜测量,TE011和TE013模式的无载Q值分别达到5.57×10 5和1.51×10 6, 就我们所知,这是国内所报道的最高Q值.其Rs(77 K,10 GHz)平均值为263微欧.因此,本系统可以较为准确地测量表面电阻很小(300微欧以下)的高温超导薄膜.     

微波表面电阻TC90方案的测量精度实验分析

由于超导薄膜的表面阻抗Rs这一参量对超导微波元件的设计和开发有很重要意义,测量超导薄膜的表面阻抗Rs也就非常重要.目前国际上制定了高温超导薄膜在微波波段上表面阻抗Rs电特性的标准测量方案:IEC/TC90.此方案采用介质杆谐振器法测量表面阻抗的原理,使用蓝宝石介质杆和超导膜组成的谐振器法测量超导膜的Rs.本文分析了各个测量量对标准测量方案的测量精度,分析了在12GHz微波频率下,系统的各个实际部件的加工误差.认为频谱曲线的测量误差,即背景误差对最终测量结果Rs的影响是主要的.     

超导转变温区YBa2Cu3O7薄膜样品的表面电阻测量

我们对高温超导YBa2Cu3O7(YBCO)薄膜样品在超导转变温区微波表面电阻RS随温度变化的初步测量结果.利用介质谐振器方法,分别测量了由镀银高纯铜标准试样和脉冲激光淀积方法制备的高温YBCO超导薄膜为下底板的谐振器品质因素随温度变化的数据.通过对镀银高纯铜标准试样和RS为零的谐振器数据分析,得到谐振器参数随温度变化的曲线.由有高温YBCO超导薄膜组成的谐振器Q值随温度变化数据得到YBCO薄膜样品超导转变温区微波表面电阻的变化.讨论了YBCO超导薄膜的微波表面电阻测量结果.     

高温超导薄膜共面谐振器的微波响应研究

通过对YBCO/LAO和TBCCO/LAO高温超导薄膜共面谐振器共振频率f0与温度依赖关系的测量分析可以得到YBCO在绝对零度时的穿透深度λ0~198nm,TBCCO在绝对零度时的穿透深度λ0~200nm.对上述两种共面谐振器的有载品质因数和插入损耗随温度变化的测量,结果表明TBCCO超导薄膜比YBCO具有更低的微波表面电阻.     

微波表面电阻TC90方案的测量精度实验分析

由于超导薄膜的表面阻抗Rs这一参量对超导微波元件的设计和开发有很重要意义，测量超导薄膜的表面阻抗Rs也就非常重要．目前国际上制定了高温超导薄膜在微波波段上表面阻抗Rs电特性的标准测量方案：IEC／TC90．此方案采用介质杆谐振器法测量表面阻抗的原理，使用蓝宝石介质杆和超导膜组成的谐振器法测量超导膜的Rs．本文分析了各个测量量对标准测量方案的测量精度，分析了在12GHz微波频率下，系统的各个实际部件的加工误差．认为频谱曲线的测量误差，即背景误差对最终测量结果Rs的影响是主要的．     

介质谐振器法测量超导微波表面电阻

高温超导薄材料在微波器件中应用的出发点主要是利用它在临界温度下极低的表面电阻。因此要对超导器件性能作出准确的评估,必须精确测量超导薄膜的微波表面电阻。本文提出了利用蓝宝石介质圆柱的ＴＥ０１１谐振模式来测量超导微波表面电阻的一种方法。设计并制作了工作于１８．９ＧＨｚ和１７．６ＧＨｚ的两种高Ｑ值谐振器。其在测试中表现出了相当高的灵敏度。同时具有不损坏被测薄膜,安装调试简单方便,可重复性好的优点,可用于     

YBa2Cu3O7-δ薄膜微结构的同步辐射三维倒空间扫描研究

高温超导薄膜因其微波表面电阻低,可用于尖端高温超导微波器件的制作.然而由于高温超导材料特殊的二维超导机制和极短的超导相干长度,高温超导材料的微波表面电阻对微结构特别敏感.为了探究高温超导材料微结构和微波电阻的联系,采用脉冲激光沉积(PLD)技术在(001)取向的MgO单晶衬底上生长了不同厚度的YBa₂Cu₃O_7-δ(YBCO)薄膜.电学测量发现不同厚度的样品超导转变温度、常温电阻差别不大,但超导态的微波表面电阻差异很大.同步辐射三维倒空间扫描(3D-RSM)技术对YBCO薄膜微结构的表征表明:CuO₂面平行于表面晶粒(c晶)的多寡、晶粒取向的一致性是造成超导态微波表面电阻差异的主要原因.     

环形ZnO薄膜谐振器的横模抑制与测试分析

采用Tiersten方程研究了环形ZnO薄膜谐振器中横模寄生问题, 获得了环(圆)形薄膜谐振器的横模振动方程, 求得横模位移场解和频率色散方程; 然后采用电磁学模式合成理论进行分析, 发现环形薄膜谐振器横模频率与环形电极的内外径之比a/b有关, 振动模式可由圆形薄膜谐振器横模模式合成得到, 通过控制a/b能够抑制横模模式数和调控基膜频率. 采用外差激光干涉仪和网络矢量分析仪测量并比较了同批次的圆形和环形薄膜谐振器的上电极横模振动图样和电阻抗曲线. 振动图样显示环形薄膜谐振器振动模式可由半径为a和半径为b的圆形薄膜谐振器振动模式合成, 仅存在节圆数大于0的横模振动, 等于0的横模模式被抑制; 电阻抗曲线显示当a/b为0.436时, 环形薄膜谐振器的基频(约1217 MHz)和圆形的(0, 1)模式频率相等. 测量数据验证了模式合成理论的分析结果正确性, 为薄膜谐振器的横模抑制研究提供了理论基础和新方法.     

高温超导微波限幅器的研制

与常规材料相比,高温超导薄膜(即HTSC)的表面电阻极低,在微波频段下,其微波表面电阻要比常规材料小两个数量级以上,并能实现高达106～107A/cm2的电流密度.本项目选用10×15×0.44mm3双抛LaAlO3衬底上外延生长的钇系高温超导薄膜的YBa2Cu3O7(YBCO),利用临界电流密度的特性,设计并制作了高温超导微波限幅器,其工作温度在90K以下,77K时设计指标为:f:9.4～9.6GHz,插入损耗L≤0.4dB,门槛电平:10dBm,驻波比≤1.5.     

多层衬底、高Tc超导薄膜热敏红外探测器的热导研究

本文提出在高T_c超导薄膜平面热敏红外探测器中光辐照引起超导膜上呈高斯分布温升的模型。在此模型基础上,导出了计算衬底热导的基本方程。它不仅能适用于单层平面型衬底的热导计算,而且适用于串联结构多层平面型衬底的热导计算。计算结果与文献[7]的结果相一致,也与文献[1]的实测值符合,具有较大的普适性。应用Math CAD程序,得出了衬底热导G₃与光照半径r、衬底厚度d和频率f三者间的相互关系,从而为选择最佳结构或工艺参数创造了条件,指明了提高探测器响应率、比探测率等和降低等效噪声功率的途径。 关键词：     

基于介质环形柱结构的二维光子晶体中Dirac点的实现

利用偶然简并方法在二维正方格子介质环形柱结构光子晶体中成功实现了Dirac点, 并利用平面波展开法对实现Dirac点的过程进行了研究. 研究结果表明, 对于二维正方格子介质环形柱结构光子晶体, 在一定的外径R_O范围内(0.37a<R_O<0.5a), 当Dirac点存在时(n>1.4), 介质环内径R_I与外径R_O满足一个不随介质环折射率n变化的恒定关系式. 同时, Dirac点对应的光子约化频率f随折射率n及外径R_O的增大而减小. 利用所得的关系式对特定介质环折射率n条件下能实现Dirac点的环形光子晶体进行了预判设计.     

Generation and amplification of terahertz electromagnetic waves in a plasma waveguide with a dielectric rod and an annular degenerate plasma

The theoretical investigation of terahertz waves and their excitation by electron beam injection in a cylindrical metallic plasma waveguide is investigated. This metallic waveguide includes a cold collisionless unmagnetized annular degenerate plasma and a dielectric rod. The dispersion characteristics of these waves, the frequency spectra of fast and slow E-modes waves (transverse magnetic field), are studied. Also, the effects of the dielectric permittivity, the radius of the dielectric rod and the radius of the plasma on the frequency spectra and the time growth rate of waves are simulated. In addition, the electric field profiles in this waveguide are plotted.     

Comprehensive analysis of photonic nanojets in 3D dielectric cuboids excited by surface plasmons

In this paper we study the excitation of photonic nanojets (PNJ) in 3D dielectric cuboids by surface plasmons at telecommunication wavelengths. The analysis is done using the effective refractive index approach. It is shown that the refractive index contrast between the regions with and without cuboid should be roughly less than 2 in order to generate jets at the output of the cuboid. The best performance at λ₀ = 1550 nm is obtained when the height of the cuboid is 160 nm producing a jet just at the output interface with a subwavelength resolution of 0.68λ₀ and a high intensity enhancement (×5) at the focus. The multi‐wavelength response is also studied demonstrating that it is possible to use the proposed structure at different wavelengths. Finally, the backscattering enhancement is numerically evaluated by inserting a metal particle within the PNJ region, demonstrating a maximum value of ～2.44 dB for a gold sphere of radius 0.1λ₀.

     

对全入射角负折射二维光子晶体结构和电磁参量的研究

利用二维光子晶体的等频线分析原理和平面波展开方法,得到了使二维光子晶体产生全入射角负折射(All-Angle Negative Refraction,AANR)现象时,入射电磁波的频率取值范围.同时,分析了AANR频率范围随着结构参量(晶格类型、介质棒半径与晶格周期的比值)和电磁参量(介质柱介电常量、本底介电常量、入射电磁波偏振方向)变化的行为.结果表明:固定组成光子晶体的一种介质的介电常量,另一介质的介电常量只有达到一定阈值,才有可能使光子晶体出现AANR现象.在给定两种介质介电常量的条件下,存在使AANR频率范围最大化的结构参量和电磁参量.     

Leaky Characteristics of Modified NRD Guide with Finite Parallel Plate Length

Leaky wave characteristics of modified NRD (Nonradiative Dielectric) guide with parallel plate length are systemically investigated. A technique is used to investigate the leaky property of the guide structure, whichis formulated by effectively combining the multimode network theory with the mode-matching method. In the paper, two phenomena are carefully studied: First, the asymmetric position of the dielectric rod generates a leaky hybrid mode that could produce cross talk between components of the circuit. Second, when the length of metallic plate is finite, another type of leaky mode creates which influences and even couples to the normal leaky guide mode under appropriate circumstances.     

Diffuse dielectric anomaly of （Na0.5K0.5Bi）0.5TiO3 crystal at high temperature

This paper investigates the dielectric properties of (Na_0.5K_0.5Bi)_0.5TiO₃ crystal at intermediate frequencies (1kHz \le f \le 1MHz) in the temperature range of 30--560℃. A pronounced high-temperature diffuse dielectric anomaly has been observed. This dielectric anomaly is shown to arise from a Debye-like dielectric dispersion that slows down following an Arrhenius law. The activation energy E_r obtained in the fitting process is about 0.69eV. It proposes that the dielectric peak measured at low frequency above 400℃ is not related to the phase transition but to a space-charge relaxation.     

幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路

基于机电类比原理和变厚度薄圆环的平面应力方程,推导了幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路、共振频率方程和位移放大系数。讨论了第一、二阶径向共振频率及相应的位移放大系数随圆环半径比的变化关系。结果表明,幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路是一种非互易二端口等效网络;一阶和二阶共振频率随圆环内外半径比的增大而增大;一阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大先降低后升高,二阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大而降低,但二阶时的位移放大系数整体大于一阶,因此二阶径向共振模式具有更好的径向振动性能。用COMSOL有限元软件对解析理论分析结果进行了验证,仿真模拟结果与解析理论符合良好。根据幂函数型环形聚能器的等效电路模型,进一步设计了一种压电环形换能器,计算了第一、二阶径向共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数,通过与COMSOL有限元软件模拟结果对比,符合良好。本文研究结果为幂函数型环形聚能器及压电环形换能器的工程应用提供了简明设计理论,文中研究结论可作为一种径向超声切割刀在超声工程中获得重要应用。      

大长径比皮料玻璃管加工工艺研究及应用

为满足高增益、低噪声微通道板要求的大长径比皮料玻璃管,采用精密机械整形冷加工工艺提高皮料管的几何均匀性,实现微通道板的性能提升。通过改善机床加工误差、对刀误差以及设计合适的机动夹紧机构可有效控制皮料管内圆精磨加工精度。对磨头转速、背吃刀量、轴向进刀速度及金刚砂磨头粒度4个水平因子开展L16正交试验,得出背吃刀量是影响皮料管内圆精磨加工表面质量的主要因素。选择合适的抛光工艺及工装夹具,最终将皮料管的尺寸变化量控制在1%以内,表面粗糙度Ra值有效控制在0.02 μm。通过Φ25 /6型微通道板制板试验,结果表明:减小皮料管的几何尺寸偏差在一定程度上提高了微通道板阵列一致性、开口面积比一致性,以及增益均匀性,对制造高性能微通道板有较好的借鉴作用。     

New Measuring Apparatus for Complex Permittivity at Millimeter-Wave Frequencies

A dielectric rod resonator excited by a nonradiative dielectric waveguide is used for measuring complex permittivity of low loss dielectric materials. The complex permittivties of single crystal sapphire, polycrystalline Ba (Mg_1/2 W_1/2) O₃ and Mg₂ Al₄ Si₅ O₁₈ (cordierite) have been obtained at 60 and 77 GHz by the new apparatus. The first time the measurement results of complex permittivity of brain grey and white matters from 15 to 50GHz utilizing a two-port microstrip test fixture is presented. S-parameters of Test fixture are simulated employing the finite-element method. A new spectrometer for the precision measurement of dielectric permittivity and loss tangent, which is capable of providing high resolution data for the first time over an extended W-band (68-118 GHz) frequency for specimens with a large range of absorption values, including highly absorbing specimens that otherwise would not be possible.