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氮化铌HEB混频器的研究

栾林  
【摘要】:由于在天文方面的应用,基于HEB混频器的太赫兹探测器经历了二十余年的不断发展。HEB是一种平面波导,它具有极小的寄生电抗。2003年成功部署在南极的TREND光谱仪就是基于HEB技术制成的。 基于氮化铌(NbN)超导材料的外差太赫兹波探测器有着极其高的灵敏度,它的双边带噪声温度可接近于量子极限的数量级。这种探测器可用于宇宙辐射的微弱的亚毫米波、太赫兹波的接收与分析,对于宇宙辐射的研究有着非常重大的意义。探测器采用的是一种叫作HEB的外差光混频技术,而HEB混频器可分为电子-声子相互作用冷却型(p-HEB)和电子扩散冷却型(d-HEB)。由于在实际应用中,对于d-HEB的微桥长度很短(使电子扩散时间小于电子声子作用时间),产生的约瑟夫森噪声很大,可完全湮没信号电流,故只有p-HEB才是可行的,我们这里研究的是前一种。它的噪声温度、转换增益、IV曲线、尺寸效应、稳定性、中频特性等各种性质还没有一种好的理论能全面地解释。现在最为常用的模型是Hot-Spot Model,它能很好的符合以上各种特性,但当本地振荡器的频率超过能隙频率以上时,由于热点结构不再出现规律的调制,理论和实验数据出现较大的偏差,并且随着频率增加而变大。我们的研究重点是建立一种用效的理论模型来解释其表现特性,如本论文中所做的是加强入Andreev反射项,以期全面的符合实验数据,进而为其组成焦平面阵列提供理论预测。 最后我们利用太赫兹时域光谱仪(TDS)与傅立叶红外光谱仪对NbN HEB混频器系统中所用到的Zitex滤波器进行了透过率的光谱分析。


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