Анализ чувствительного сверхпроводящего прямого детектора с интегрированной антенной терагерцового излучения на переменном токе смещения - Дипломная работа

Максимальный допустимый диапазон ТГц частот 3·1011-3·1012 Гц, диапазон длин волн 1-0,1 мм соответственно. ТГц излучение - не ионизирующее, легко проходит сквозь большинство диэлектриков, но сильно поглощается проводящими материалами и некоторыми диэлектриками. Сейчас это бурно развивающееся направление, имеющее большие перспективы в различных отраслях. Терагерцовая область лежит по частотам выше вакуумной СВЧ-электроники (клистроны, магнетроны, ЛБВ, ЛОВ), но ниже, чем фотоника (инфракрасные и оптические лазеры). Последние двадцать лет, благодаря развитию методов генерации терагерцового излучения на базе мощных пикосекундных лазеров, твердотельных квантовых каскадных терагерцовых лазеров, источников, основанных на электронных пучках (лампы обратной волны, гиротроны, источники когерентного терагерцового синхротронного излучения, мощные перенастраиваемые терагерцовые лазеры на свободных электронах), интерес к исследованиям в терагерцовой области резко вырос. Используя чувствительные детекторы ТГц, можно измерять эмиссию ТГц излучения от человеческого тела. Метод оптического выпрямления или метод генерации разностной частоты в оптических нелинейных кристаллах входят в их число. Детекторы должны воспроизводить импульсы без искажения их формы. Другим перспективным направлением использования приемников терагерцового диапазона является разработка систем безопасности: обнаружение скрытых металлических и не металлических объектов в корреспонденции, багаже, а также на теле человека; разработка систем скрытой связи на расстояния в несколько единиц и десятков километров (last mile или последняя миля). В пассивном режиме обнаружения скрытых на теле человека объектов, само обнаружение возможно производить скрытно, ввиду отсутствия источника излучения, но для реализации этого метода необходимы чувствительные и быстродействующие детекторы, например, такие, как сверхпроводниковые смесители и болометры. Мы представляем результаты работы быстрого сверхпроводящего детектора с интегрированной антенной терагерцового диапазона на эффекте горячих электронов (HEB) работающей на переменном токе. Численное решение одномерного стационарного уравнения теплового баланса для электронов в болометре используется для расчета величины чувствительности HEB. Многоэлементные матрицы сверхпроводящих болометров, в первую очередь детекторы детекторы на кинетической индуктивности (MKID), разрабатываются для ряда астрономических наблюдений в дальнем инфракрасном и миллиметровом диапазонах. Используемые в настоящее время в таких системах детекторы имеют предельную чувствительность, ограниченную фотонным шумом, которая достигается за счет субкельвиновых рабочих температур. В традиционном режиме работы это требует повышения температуры ванны до температуры сверхпроводящего перехода и смещения напряжения постоянного тока, как это делается с другим широко известным детектором излучения на основе датчика на границе перехода сверхпроводник-металл (TES). В данной работе мы представляем результаты исследования быстрого и чувствительного сверхпроводящего прямого детектора с интегрированной антенной ТГц излучения, на основе NbN, на переменном токе смещения. Тепловая связь описывается коэффициентом тепловой связи G Болометр состоит из поглощающего материала, который преобразует поступающее излучение Pinc в тепло. Размеры элемента детектора выбираются таким образом, чтобы его сопротивление постоянному току было близко к сопротивлению антенной структуры с импедансом 74 Ом и импедансом копланарного волновода для считывания, который составляет 50 Ом.