一种微波源驱动的超导HEB太赫兹直接检测器

本文介绍了一种基于超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEB)的太赫兹(THz)直接检测器,创新性地采用易调控的微波驱动方法,使其偏置在最佳工作点,得到了在4.2K的工作温度下、0.65THz频点的噪声等效功率(NEP)为1.6pW/Hz~(1/2).相比传统加热驱动的方法,微波驱动更易调控,有利于构建阵列读出电路,还可减少功耗等.由于该检测器响应速度快、灵敏度高的特点,有望应用于快速THz成像和脉冲信号检测等系统.     

一种微波源驱动的超导HEB太赫兹直接检测器北大核心CSCD

本文介绍了一种基于超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEB)的太赫兹(THz)直接检测器,创新性地采用易调控的微波驱动方法,使其偏置在最佳工作点,得到了在4.2K的工作温度下、0.65THz频点的噪声等效功率(NEP)为1.6pW/Hz^(1/2).相比传统加热驱动的方法,微波驱动更易调控,有利于构建阵列读出电路,还可减少功耗等.由于该检测器响应速度快、灵敏度高的特点,有望应用于快速THz成像和脉冲信号检测等系统.     

微波与热偏置下超导HEB太赫兹直接检测器的性能比较

本文介绍了一种基于超导氮化铌(NbN)热电子测辐射热计(HEB)的太赫兹(THz)直接检测器,并利用直流读出法和微波反射读出法,对微波与热偏置下HEB直接检测器的性能进行了比较.通过直流读出法,在最佳工作点处,测得微波偏置与热偏置条件下检测器的电流响应率分别为244A/W和20A/W,光学噪声等效功率(NEP)分别为4.5pW/√Hz和6.8pW/√Hz.相比于热偏置,微波偏置能够大大提高检测器的响应率.此外,我们利用微波反射读出法对微波偏置和热偏置下检测器的性能进行了比较.两种读出方式均可很好的表征检测器的性能,而相比于直流读出法,微波反射读出法更易于扩展到多像素阵列,同时具有很快的读出速度,对快速THz脉冲信号的检测具有重要意义.     

高速、低噪声超导HEB太赫兹检测系统

本文介绍了一款高速、低噪声超导热电子测辐射热计(hot electron bolometer,HEB)的太赫兹检测系统,实验结果显示其有效提高了中频带宽(7.4GHz),减小了噪声温度(@0.65THz,系统在最佳偏置点的双边带(DSB)噪声温度为1185K).同时,用此款超导HEB太赫兹检测系统验证了改进后的傅里叶变换光谱仪(FTS)系统的稳定性及可靠性.     

YBCO半导体薄膜及Bolometer特性

就Si为衬底的钇钡铜氧(分子式：Y₁Ba₂Cu₃O_7-δ ,δ≥05,简称YBCO)薄膜的半导体性质,及用于红外测辐射热计(Bolometer)的探 测性能进行了研究.通过测定温度电阻系数(TCR)和霍尔(Hall)系数,并采用XRD、拉曼散射 光谱等手段分析了YBCO半导体薄膜的微观结构和光谱响应特性,认为该薄膜是非制冷红外焦 平面的新型探测元材料. 关键词： YBCO半导体薄膜 测辐射热计 温度电阻系数     

用于TES测辐射热计的Al/Ti双层薄膜制备及其超导特性研究

本文报道了用于超导TES(Transition Edge Sensor)测辐射热计的Al/Ti双层薄膜制备及其超导特性研究.通过分析Al薄膜表面粗糙度和室温电阻率在不同溅射功率和氩气压力下的变化关系,优化了Al薄膜的制备工艺.使用磁控溅射技术生长了一系列不同厚度的Al/Ti双层薄膜,在氦三制冷机中测量了双层膜的超导特性.测试结果表明,Al/Ti双层薄膜具有良好的超导相变特性,在10μA测试电流下,其相变宽度保持在3mK~6mK范围内,在超导临界温度下电阻对温度的灵敏度参量α在300左右;由于超导邻近效应(Proximity effect),双层薄膜的临界温度可以通过控制Ti薄膜的厚度实现在470mK~800mK温区内的调节.Al/Ti双层薄膜的这些性能满足了制备超导TES测辐射热计的需要.     

HEB太赫兹混频器使用微波补偿的稳定方法

我们对氮化铌(NbN)热电子测热辐射计(Hot Electron Bolometer,简称:HEB)的太赫兹(Terahertz,简称:THz)混频器的稳定性进行了研究,并探讨了相应的简易稳定方法.我们测量了HEB THz混频器在4.2K温度下使用0.65THz本振源(Local Oscillator,简称:LO)的中频输出.为了稳定混频器的工作点,我们采用了一个具有微波补偿功能的反馈回路.在这个反馈回路里,我们使用的微波补偿频率(10GHz)远远低于NbN HEB混频器的工作频率(0.65THz),以补偿混频器的THz LO功率波动.这使系统的艾伦时间(Allan time)增加到22s以上,从而改善了系统的稳定性.     

基于铌超导隧道结的亚毫米波直接检测器

基于铌(Nb)超导隧道结(STJ)的亚毫米波直接检测器可以达到宽频带响应,高灵敏度,适于组建大规模阵列的要求,满足亚毫米波段射电天文观测等应用领域的需求.本文设计了在650 GHz波段的约10%有效带宽的Nb STJ直接检测器,宽带耦合采用了分布式结阵列的方法,把多个同样尺寸的STJ用一根超导微带线串行连接.12个STJ在平面对数—周期天线的两翼组成2组6结阵列,构成一个检测器.通过对STJ阵列的详细分析,宽带所需要的N个谐振峰的结合需要N个短超导电感的双结通过N—1个长超导电感交替隔开.在液氦温度(4.2 K)下实际测量得到的检测器中心频率为655 GHz,带宽约50 GHz,直接检测的电流响应率约为1 A/W.     

高速太赫兹探测器

太赫兹(terahertz,THz)技术在高速空间通信、外差探测、生物医学、无损检测和国家安全等领域具有广阔的应用前景.能响应1 GHz调制速率以上THz光的高速THz探测器是快速成像、THz高速空间通信、超快光谱学应用技术和THz外差探测等领域的核心器件.传统的THz热探测器难以实现高速工作,而基于半导体的THz探测器在理论上可实现高速工作.光导天线具有超快的响应速度,可实现常温和宽谱探测;肖特基势垒二极管混频器、超导-绝缘体-超导混频器和超导热电子混频器具有转换效率高、噪声低等优点,可用于高速THz空间外差和直接探测;基于高迁移率二维电子气的天线耦合场效应晶体管灵敏度高、阻抗低,可实现常温高速THz探测;THz量子阱探测器是一种基于子带间跃迁原理的单极器件,非常适合高频和高速探测应用,亚波长金属微腔耦合机理可显著提高器件的工作温度及光子吸收效率.本文对上述几种高速THz探测器进行了综述并分析了各种探测器的优缺点.     

用于检测宽带声子的超导声子检测器

在高频声子实验中,用自制的超导声子检测器测量了宽带声子信号,实验样品是x-石英和[001]砷化镓单晶.超导声子检测器用厚度约800A的高纯锡膜做成,其电压响应为190 V/W,NEP为10~(-12) WHz~(-1/2),时间常数为10 ns,动态范围为46 dB.这种检测器不仅适用于检测宽.带声子和相干声子,也可用于检测热脉冲或远红外光脉冲.     

微弱信号讲座第六讲 弱光的测量

光测量广泛用于各个领域,例如光谱学、天文学、激光光谱分析以及光纤特性测量等.由于噪声的影响,弱光测量不同于强光的测量,因此必需采用特殊的方法来降低噪声,改善信噪比,以提高测量精度.本文将通过对噪声的分析及改善信噪比方法的介绍来讨论弱光测量中的问题. 一、光检测系统 光检测系统通常包括四个部分(如图1所示),即检测对象和应用目的;检测器,例如测辐射热计、光电倍增管、视象管、固态摄象管、光二极管阵列、可门控的或增强的各种器件;信号处理部分,包活放大器、取样线路、模数转换器等;信息处理部分,由最简单的X-Y-Z监视器(示波器…     

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器

超导太赫兹天线耦合微测辐射热检测器具备探测频段宽、响应速度快、灵敏度高、易于阵列化等特点因而具备广阔的应用前景.本文的主要工作是设计并微纳加工出基于氮化铌薄膜的超导器件,针对所制备器件的关键参数进行了表征.测试结果显示,当浴冷温度为4K 时,器件响应时间为4μs,噪声等效功率达到30fW/Hz0.5.基于所制备的器件进行了陶瓷刀被动扫描成像实验并取得了良好的成像效果     

320×240长波非致冷微测辐射热计红外热象仪的研制

介绍了基于微测辐射热计320×240长波非致冷红外热象仪的研制,详细说明了其电气系统的设计方法及技术关键,并对其光学系统进行了简要说明.采用高象质的双反射光学系统以减少象差;红外探测器采用320×240长波非致冷集成微测辐射热计红外焦平面阵列(FPA);电气系统采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成红外焦平面阵列的驱动,应用数字信号处理(DSP)技术实现红外焦平面阵列的非均匀性校正、图象增强及红外图象实时显示等.     

太赫兹检测技术

太赫兹(terahertz,简称THz)检测技术是THz技术应用的一个关键环节,它涉及物理学、材料科学、半导体技术、光电子学和超导电子学,是一门综合性很强的技术。文章介绍了一些比较典型的THz检测技术的原理及其应用,特别是国内学者在这方面的工作。     

测定高温热焓和比热用的自动记录自动绝热量热装置

一、基本原理 在混合法原理测热焓方法的基础上,本文提出,当试样在10~(-3)乇以上真空度下掉落时对流热损失可忽略,而辐射热损失δQ可通过计算来修正。因此本方法不用试样盒,试样直接下落一次测定热焓。δQ按斯蒂芬-玻尔兹曼定律来计算:     

超导HEB的I-V特性模拟

超导热电子测热辐射仪(Superconducting Hot-electron Bolom eter,HEB)是一种检测器件,可以对1THz以上的电磁辐射进行高灵敏度的检测。该工作是利用双温模型,假设电子和声子各自处在平衡态,但具有不同的温度,根据热平衡原理,计算出电子和声子温度在HEB桥上的分布,得到桥两端的电压值,从而得出器件的I-V特性。分析了实验环境温度,转变宽度和薄膜厚度对器件I-V的要求,并与实验测量的结果相比较,为进一步研究超导HEB的混频特性打下基础。     

α-乳糖水溶液太赫兹吸收光谱实验研究及模拟分析

水对太赫兹(terahertz, THz)波有强烈的吸收,所以利用THz技术研究含水样品特性一直是本领域的难题.本文在THz时域光谱系统中通过使用工作于高倍增模式的光电导天线和喇叭形渐变平行平板波导提高了样品所在位置处的THz波电场强度,实现了在0.1—1.6 THz范围对α-乳糖溶液THz吸收光谱的直接检测.进而,运用密度泛函理论对水环境下α-乳糖单分子模型的THz吸收光谱进行模拟仿真研究,模拟结果与实验测试结果符合较好.本文对直接检测含水样品在THz波段的光谱特性具有重要参考价值.     

利用非锁定飞秒激光实现太赫兹频率的精密测量

频率是电磁波最重要的一个基本物理量,随着THz技术的发展,在光源研制、宽带通信、超精细光谱测量等领域都对THz频率的高精度侧量提出了要求.传统的Fabry-Perot干涉法与外差探测法难以实现THz频率的高精度测量,频率梳方法虽然测量精度很高,但测量系统复杂.本文提出一种利用重复频率自由漂移的飞秒激光器实现太赫兹频率精密测量的新方法.通过对非锁定的飞秒激光器的重复频率和THz拍频频率进行同时连续采集与计算,得到被测THz频率,测量精度可以达到10~(-10)量级无需对飞秒激光重复频率进行复杂的锁定控制,测量系统大大简化.     

低温超导全张量磁梯度计不平衡度补偿研究

超导全张量磁梯度仪因其信息量丰富、磁场灵敏度高、体积小等特点,被认为是第三代航磁探测的发展方向.全张量梯度仪可由多个不共面的平面一阶超导量子干涉器件(SQUID)梯度计构成.目前,采用微纳加工工艺制备的超导平面梯度计能获得最好的平衡度,其共模抑制比可达103~104,但仍然不能满足运动条件下的应用需求.在实际应用中,可采用三轴SQUID磁强计对梯度计进行补偿,达到抑制运动噪声的目的.本文基于最小二乘(LMS)自适应滤波算法,通过数值仿真分析了平面梯度计的不平衡度、环境磁场大小以及环境剩余磁梯度对补偿效果的影响.同时,我们构建了六棱锥构型的全张量超导梯度仪,并采用三轴磁强计作为补偿通道,在野外均匀地球磁场下进行了测试.结果表明,该补偿方法能够大幅减小均匀磁场下的梯度计的不平衡输出,可以将梯度值补偿约2个数量级,极大提高了超导全张量磁梯度仪在运动状态下的实用性.     

THz技术在农产品/食品品质检测中的应用

农产品/食品的质量和品质问题越来越受人们关注。探索实际可行的农产品/食品的无损检测与品质评估技术正在成为研究热点。太赫兹(THz)辐射是位于中红外和微波波段之间的一段电磁波,具有非常重要的科学研究和应用价值。长期以来由于缺乏可行的THz波产生方法与探测手段,该波段相关领域的研究滞缓。THz光谱传感和成像技术是THz波的两个主要应用技术。THz光谱检测技术作为一种新型检测技术能够获得传统检测无法获得的信息。近十几年来,THz波用于来研究固、液、气相等各种物质的光电特性、分子内部振动和组成信息,在生物分析、医疗诊断、安全检测、环境控制等领域,THz技术显示出广阔的应用前景。文章介绍了THz波的主要性质、THz波检测技术的特点,论述了THz技术在农产品、食品质量与品质检测中的最新进展及其应用的潜力。