基于超导纳米线单光子探测器深空激光通信模型及误码率研究

高速深空通信是深空探测的关键技术之一,具备单光子灵敏度的激光通信系统将大大提高现有的深空通信速度.然而,单光子条件下的激光通信不仅需要考虑传输环境的影响,还需要考虑实际单光子探测器性能和光子数量子态的分布.本文在不考虑大气湍流影响的情况下,以光电探测模型为基础,引入超导纳米线单光子探测器(SNSPD)系统的探测效率和暗计数,建立了反应系统差错性能的数学模型,提出了系统误码率的计算公式.先对公式中的光强和激光脉冲重复频率对误码率的影响进行仿真,再通过实验结果验证仿真模型.结果表明,光强对误码率的影响最明显,随着光强从0.01光子/脉冲到1000光子/脉冲的增加,误码率从10~(-1)到10~(-7)量级明显下降;激光脉冲重复频率对误码率的影响受到不同光强的制约,但都随着脉冲重复频率的增加呈下降趋势.与此同时,当增加光强或者提高速度时,误码率高于仿真结果,约在10~(-4)量级,其原因可能是实际通信中调制光信号的消光比不足和光纤引入背景噪声提高了系统暗计数.以上模型和实验结果为进一步开展基于SNSPD的月球-地球、火星-地球等高速深空激光通信奠定了基础.     

Josephson结跳变电流在不同温度下的统计分布

本工作提出了一种通过对时间的测量来获得单个Josephson结的跳变电流统计分布P(I)的电路,该电路具有很好的精度和速度.利用该电路我们首次从4.2K到30mK的不同温度下,对NbN/AlN/AbN结和Nb/AlOx/Nb结的跳变电流统计分布进行了测量,得到了一系列P(I).在一定的温度范围内,P(I)和理论值符合的很好.该电路结合其他的实验手段,将在今后研究Josephson结其他物理性质(例如Rabi振荡)中发挥很好的作用.     

用扩展长度的半球透镜改善Josephson结与毫米波的耦合

为了改善Ｊｏｓｅｐｈｓｏｎ结和ｍｍ波辐射之间的耦合，我们设计了与温度超导薄膜台阶衬底相同介质的ＬＡＯ扩展半球透镜系统。运用积分方程法求解了不同扩展长度之下，ＬＡＯ透镜系统的远场方向图形，据此确定了最佳扩展长度Ｄｏｐｔ。进而，用ＹＢＣＯ薄膜台阶结作为检测元，在有和没有透镜系统时作了实验对比测量，结果表明增加了该透镜系统后，结与１０３ＧＨｚ的信号耦合提高了１４ｄｂ。     

高温超导台阶结的研究

在铝酸镧衬底上研制了高温超导台阶结.采用金属转移剥离技术及离子铣技术在铝酸镧衬底上刻蚀出坡度角大于70°陡直台阶.结的特性与SNS结类似.9.5GHz的微波辐照下出现Shapi ro台阶.观察到结的高频响应有一温度窗口.     

Barrier Formation on a YBa2Cu3Oy Thin Film Using CF4 Plasma Fluorination

We investigate the surface structure and composition of a YBa2Cu3Oy (YCO) thin film odified by CF4 plasma fluorination.In addition to the absorption of hydrocarbons,chemical reactions of the YBCO surface take place during CF4 plasma treatment.Various x-ray photoelectron spectroscopic data are reported and discussed.The existence of a thin barrier is confirmed,which homogeneously covers the edge of the base YBCO film in our interface engineering Josephson junction.Measurements of Auger electron spectroscopic data and the resistance versus temperature indicate that the barrier is a controllable-insulating layer.     

DSP(数字信号处理)在高频信号检测中的应用开发

利用约瑟夫森效应获取电磁信号的频谱信息是超导电子学的重要应用之一.为了解决高频信号频谱检测系统数据采集慢、体积庞大的问题,开发了基于DSP芯片的数据采集及处理系统.研究了系统硬件的搭建和相关程序的开发.用其检测98 GHz高频信号,并与HP34401数字万用表采集的结果进行了比较.使得系统更加小型化、集成化、硬件结构简单.     

NbN/AlN/NbN超导隧道结的制备工艺

研究了在MgO基片上制备NbN/AlN/NbN结的工艺,NbN和AlN的制备分别采用直流磁控溅射和交流磁控溅射。为了得到良好特性的隧道结,首先要在高真空反应室里沉积三层膜结构,经过光刻和反应离子刻蚀,得到底电极和桥区的三层结构图形。再经过第二步光刻和刻蚀,仅保留底电极最下层的NbN,得到结区的三层结构图形,并覆盖AlN绝缘层。经过Lift-off工艺,洗去结区上的光刻胶,最后沉积上电极。使用四端子方法对制备的隧道结进行了一系列测量,特别是在高频(THz)下的响应。     

YBCO/MgO衬底台阶结的制备及其高频特性

我们利用光刻胶作为掩膜,在ＭｇＯ 单晶衬底上采用斜角Ａｒ 离子刻蚀方法制备了台阶衬底．并在此衬底上制成了ＹＢＣＯ台阶结．测量结果表明,该结基本符合ＲＳＪ模型,并具有良好的高频特性．     

核磁共振YBCO表面探测线圈的设计与制备

本文采用２０×２０ｍｍ的ＹＢＣＯ／ＬａＡｌＯ３薄膜,采用传统的光刻技术制备出了可用于探测核磁共振的超导线圈．并且在７７Ｋ的低温下测量的其ｆ０及Ｑ值．其ｆ０为３５２ＭＨｚ,Ｑ值为１５０．本文还介绍了器件的设计和分析考虑、器件的加工工艺及实验结果讨论     

Nd-Sr-Mn-O钙态矿锰氧化物的低场磁电阻效应

采用固相烧结法和脉冲激光沉积法分别制备了钙态矿型锰氧化物Nd1-xSrxMnO3(x=0．1，0．2，0．3，0．4，0．5)大块多晶和Nd0．7Sr0．3MnO3在(100)LaAlO3基片上的单取向薄膜样品，分别研究了这些样品的磁电阻效应。研究表明，在多晶样品中，x=0．3时具有最大的磁电阻比，其值在240K和1T磁场下可达24．2％。对于同一成分的外延薄膜，发现磁电阻随着沉积时基片温度Ts的升高而下降，当Ts=500℃时的制备态薄膜在同样条件下的磁电阻可达84％，随着外加磁场增大到5T，磁电阻将线性增大到275％。并讨论了造成单取向膜和块材磁电阻不同的原因。