高温超导混频器变频效率的特性分析

我们研究了基于YBCO/MgO,YBCO/YSZ约瑟夫森超导结的谐波混频器.利用小型脉冲管制冷机以及小型G-M制冷机的高温超导混频测量系统,进行了亚毫米波段谐波混频的实验研究.通过实验,测量和分析了高温超导谐波混频器的变频效率的特性及其与耦合系数、本征信号功率、直流偏置和谐波次数等参数的关系.     

高温超导双晶结混频器噪声系数测量

噪声系数(Noise Figure,NF)是超导混频器的一个重要参数,是衡量超导混频器内部噪声、影响混频器灵敏度的一个重要指标.实验基于小型脉冲管制冷系统,搭建高温超导约瑟夫森双晶结混频器噪声系数自动测量系统,工作温度为60K.Ar离子刻蚀工艺技术制备高温超导YBa2Cu3O7-δ(YBCO)/MgO约瑟夫森双晶结,通过Y-因子噪声测量法,测量YBCO/MgO约瑟夫森双晶结混频器的噪声系数.实验成功制备了特征电压约1mV的YBCO/MgO约瑟夫森双晶结,在650GHz信号辐照下,有明显的夏皮罗(Shapiro)台阶.在210GHz信号辐照下,进行30次谐波混频,约瑟夫森双晶结在不同偏置电压点中频输出信噪比变化范围约为30dB.在77K与300K不同输入噪声功率下,测得双晶结混频器噪声系数最小值为10dB,偏置电压在300μV.     

0.34 THz无线通信收发前端

描述了一种基于肖特基二极管技术的0.34 THz无线通信收发前端。该前端采用超外差结构,由0.34 THz谐波混频器、0.17 THz本振8倍频链和偏置电路组成。0.34 THz谐波混频器基于反向并联肖特基二极管,可以实现信号的上变频发射和下变频低噪声检测。0.17 THz本振8倍频链由三级二倍频及驱动放大链路组成,可将20~22.5 GHz信号倍频至0.16~0.18 THz,为混频器提供5~10 dBm左右的本振信号。实验测试结果表明:该前端用于信号发射时,在0.34 THz频点的饱和输出功率为-14.58 dBm;用于信号检测时,最低单边带(SSB)变频损耗为10.0 dB,3 dB中频带宽约30 GHz。限于测试条件,未能测试前端接收噪声温度,仿真得到的双边带噪声温度数值低于1000 K。在该前端基础上,完成了首次基于16QAM 数字调制体制的0.34 THz无线通信实验,传输速率达3 Gb/s。     

微波感应直流电压现象的实验研究

本义报道了微波感应直流电压现象(或称逆交流约瑟夫逊效应)的某些实验研究。实验中采用的样品为具有良好迦滞的Nb-NbO_x-Pb谐振型隧道结;结与微波的耦合采用磁耦合方式,微波工作频率为x频带.在零电流偏置时,结的直流电压可锁定在一系列量子化电压值中的某一个。实验观测到2K时单结最大电压为0.6mV,电流台阶高度为200μA。实验结果与逆交流约瑟夫逊效应理论相符,并进一步支持了磁耦合的观点。     

谐波回旋速调管的效率优化

推导出了由两个无量纲量群聚系数与相位系数构成的非线性运动方程,并对其进行了数值计算分析。数值计算结果表明:通过优化设计参数,当谐波回旋速调管工作在放大区时,其基波、二次谐波、三次谐波、四次谐波的纵向互作用效率分别可达到55%,40%,30%,15%;当其工作在振荡区时,其基波、二次谐波、三次谐波、四次谐波的纵向互作用效率最高分别可达到93.9%, 88.2%, 81.8%, 62.7%。     

弱谐波情况下透射光栅衍射效率标定方法

同步辐射光源中的高次谐波会使透射光栅衍射效率标定精度变差。为了校正光源中的高次谐波对透射光栅衍射效率标定的影响,提出了一种光源存在弱谐波情况下的透射光栅衍射效率标定方法,通过使用谐波X射线的衍射效率修正基波衍射效率标定中谐波的影响,从而得到更为准确的透射光栅衍射效率。使用该标定方法在北京同步辐射光源上开展了透射光栅相对衍射效率标定工作。实验结果表明:在100~800eV存在高次谐波能段,修正后透射光栅一级与零级的相对衍射效率与理论模拟结果吻合较好,修正后光栅二级与一级的相对衍射效率更接近理论模拟结果,但与理论模拟结果仍有较大偏差,该偏差主要来源光栅较弱的二级衍射。     

超导接收机技术

报告研究的全是微波超导接收机技术。 报告对约瑟夫逊混频器的工作原理(包括适合解析、计算机研究的数字模型特性和在直流伏安特性中微波产生的严格阶梯公式)进行了分析。在10到15GHz范围内对约瑟夫逊混频作用进行了实验观察,其结果与理论一致。 已经测得了约瑟夫逊混频器的变频损耗,噪声系数和灵敏度。在13GHz时,用点接触可检测的最小信号为-90dbm/MHz(测量的)和-105dbm/MHz(校正的)。 用真空沉积法存低损耗的烧结铝基片上沉积铅,已做成了在10到15GHz范围内工作的小型超导微带谐振器。 在4.2和1.8K时分别测得的空载Q值(14.3GHz)高达200,000和500,000。使用真空沉积法能够同时制做许多插入损耗低、边沿抑制好的小型多元滤波器和预选器。     

血卟啉衍生物和核黄素生物分子吸附膜的非线性增强效应

吸附在光学表面上的血卟啉衍生物和核黄素生物分子膜层,在波长λ=1.06μm基波激光作用下,能产生二次谐波和三次谐波信号.血卟啉衍生物分子膜产生的谐波光束,其方向性与基波相同,而核黄素则不同,谐波信号散射在较大的角度范围内.     

兰姆波非线性效应的实验观察(Ⅱ)

基于Ritec-SNAP系统对固体板中传播的兰姆波的非线性效应进行了实验观察。根据导波的模式展开分析方法和兰姆波的频散曲线,简述了兰姆波的积累二次谐波发生条件。采用一定倾角的斜劈换能器在固体板表面激发和接收兰姆波的基波和二次谐波时域信号,阐述了兰姆波的基波、二次谐波时域脉冲包络的积分振幅的物理意义,在固体板表面分别测量了不同传播距离的兰姆波的基波、二次谐波的幅频曲线。在兰姆波具有非线性效应的频率值附近,分析了兰姆波的二次谐波振幅随传播距离的变化关系。实验结果进一步证明了兰姆波在一定条件下具有强烈的非线性效应,其二次谐波表现出随传播距离积累增长的性质。     

高功率激光激励下多晶波导薄膜的非线性光学效应

采用光波耦合器和被动锁模微微秒Nd:YAG激光束,在真空沉积的硫化锌波导薄膜中,实现了基波TE₃(ω)模式与二次谐波TE₃(2ω)模式之间的相位匹配。并同时观察到了三次谐波光谱。它们的光谱曲线的半高全宽分别为1.3?和1.4?。在基波入射功率为20MW的情况下,二次谐波的转换效率达1.8×10^-3。 关键词：     

共振线极化光实现原子矢量磁力仪的理论研究

共振线偏振光激发原子张量磁矩,本文理论研究在矢量磁场和射频场的共同作用下,张量磁矩进动的模型,求解刘维尔方程获得透射光时域完整解析解,包括直流、一次和二次谐波分量.研究发现:当进动的拉比频率Ω1/(22~(1/2))时,两谐波间的干涉效应使直流分量和一次谐波对称成分的单吸收峰劈裂成双峰,裂距((Ω~2+Ω~4-Ω~2-1)~(3/2))~(1/2),一次谐波反对称成分在共振处产生干涉条纹.研究结果显示,谐波间的干涉也可导致直流分量和二次谐波线宽仅为一次谐波线宽的38%,且存在磁场取向临界点,在不同的取向区间分别利用直流及两谐波共振信号辨析磁场变化,可获得最佳测磁灵敏度;同时还可通过共振时直流分量及两谐波对称成分振幅来确定磁场与激光极化方向的夹角,利用两谐波反对称成分相移的差值来确定待测磁场在垂直光极化方向投影与射频场方向的夹角,进而实现结构简单的张量磁矩进动型矢量磁力仪.这种磁力仪适合构成磁力仪阵列,可用于磁定位、水下磁异常源的检测和地磁导航等领域.     

连续调谐太赫兹回旋管非稳定振荡状态研究

太赫兹回旋管可实现高功率输出,并具有一定的频率调谐范围,是核磁共振波谱系统理想的高功率太赫兹辐射源。设计了263 GHz,TE_5,2基波连续调谐回旋管,通过磁场调节实现频率调谐范围为1.39 GHz,利用时域多模多频自洽非线性理论对设计的连续调谐回旋管非稳定振荡状态进行了研究。结果表明,在低次纵向谐波模式工作磁场范围内,当工作电流大于起振电流时,连续调谐回旋管先进入稳定状态,高次纵向谐波模式被抑制,工作模式TE_5,2的输出功率随时间不变;当电流增大,纵向谐波模式间的竞争引起回旋管由稳定状态进入到非稳定振荡状态,工作模式TE_5,2的输出功率随时间呈振荡变化且互作用效率大大降低;随着电流的进一步增大,回旋管又回到与低电流不同的稳定状态,互作用效率进一步降低。同时发现非稳定振荡状态的起始电流随着磁场增加而增大。本研究对需工作于稳定状态的面向DNP-NMR应用的连续调谐太赫兹回旋管的研制具有一定指导意义。     

超谐波声场及其生物组织成像的理论及实验研究

理论及实验研究了平面活塞换能器激发的超谐波(三次、四次及五次谐波的线性幅度叠加)的轴向和径向声场特性,讨论了声源强度及传播距离对超谐波的强度及指向性的影响。结果表明在合适的声源强度及传播距离条件下,超谐波的幅度可大于二次谐波,同时-3dB波束宽度变窄,为基波和二次谐波的59%和77%。对生物组织进行了超谐波成像,并与基波、二次谐波图像对比。结果表明超谐波可提高超声非线性成像的灵敏度及分辨率。     

基于导波驱动相变材料超构表面的基波及二次谐波聚焦

利用超构表面优异的波前调控能力将片上光子集成电路对光场的操控拓展至自由空间是当前一项重要课题.本文采用传输相位方法设计了一种基于波导模式激发的内嵌式超构表面,其相位分布同时满足导模的基频以及二倍频的聚焦.在此基础上,将内嵌式材料限定为相变材料,结合其在不同相态时的折射率差异,通过仿真手段实现了两种相态下分别针对于基波和二次谐波的聚焦.在基波(或二次谐波)实现高质量聚焦时,焦点处二次谐波(或基波)的成分得到了很大程度上的抑制,更有利于后续完全滤波.进一步地,通过在波导层底面嵌入与顶面完全相同的超构表面,并横向错开半个周期,最终将关于基波聚焦和二次谐波聚焦的器件效率提升为原先单阵列情形的2.2倍和3.7倍.本文的研究为导波驱动(或激发)超构表面的线性及非线性多功能复合调控提供了一种新的可能途径.     

CT-6B托卡马克装置等离子体电子迴旋辐射中热辐射和非热辐射的观测

本文中利用在基波(35GHz)或二次谐波(70GHz)混频工作的等离子体微波辐射(PME)测量仪,进行了CT-6B托卡马克装置等离子体电子迴旋辐射的实验。实验结果表明:当装置低逃逸放电时,二次谐波混频接收到的信号是与电子温度有关的热辐射信号。装置逃逸放电时,基波混频接收到的信号是与逃逸电子行为有关的非热辐射信号。 关键词：     

调制损耗对硅基MZI结构光调制器非线性特性的影响

针对基于马赫-曾德干涉仪结构的硅基光调制器中非线性电光响应的问题,采用包含PN结非线性调制损耗和非线性折射率变化的模型,通过数值仿真方法,研究了上下两臂对称和不对称两种情况下,调制损耗对硅基光调制器非线性的影响.对比考虑调制损耗和忽略调制损耗的模型,发现在常规大信号情况下,当光调制器偏置相位为0时,调制损耗使得三次谐波增强,四次谐波减弱;当光调制器偏置相位为π/2时,调制损耗使得二次和四次谐波增强;而在小信号情况下,三次和四次等高次谐波不明显,在光调制器偏置相位为0时,调制损耗在光调制器上下两臂不对称情况下增加了基频分量串扰;在光调制器偏置相位为π/2时,调制损耗的影响主要表现为增加了二次谐波分量.     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。     

压缩态光场发生器

正压缩态光场发生器是集基波和二次谐波双波长输出的连续单频激光器、光学参量放大器(OPA)与平衡零拍探测器为一体,直接产生单模振幅压缩态光场的装置,并能通过所附的探测系统定量测定压缩度。该压缩态光场发生器可用于量子信息及量子测量领域。