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氮化铌HEB混频器的研究

作 者: 栾林
导 师: 何健
学 校: 华中科技大学
专 业: 光学工程
关键词: 氮化铌 热电子 光混频 噪声温度
分类号: TN773
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 太赫兹波简介  8-9
  1.2 太赫兹外差探测与成像介绍  9-11
  1.3 研究内容与意义  11-12
2 超导NbN HEB 的结构  12-19
  2.1 准光耦合器件  12-14
  2.2 冷却设备与本地振荡器  14-16
  2.3 混频器件  16-17
  2.4 低噪声放大器  17-18
  2.5 本章小结  18-19
3 HEB 混频器的理论  19-31
  3.1 HEB 混频器原理及噪声特性  19-22
  3.2 标准模型  22-26
  3.3 KE 模型  26
  3.4 NSGR 模型  26-27
  3.5 含有Andreev 反射的Hot-spot 模型  27-30
  3.6 本章小结  30-31
4 数值模拟分析  31-49
  4.1 电子温度的分布曲线、I-V 曲线  31-35
  4.2 中频阻抗  35-37
  4.3 混频增益曲线  37-42
  4.4 噪声温度  42-48
  4.5 本章小结  48-49
5 Zitex 滤波器的实验光谱分析  49-56
  5.1 PTFE 材料  50-52
  5.2 Zitex  52-55
  5.3 本章小结  55-56
6 总结与展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 倍频器、分频器、变频器 > 变频器、混频器
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