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THz频段超导HEB热电子混频机制及特性研究

批准号10803021 学科分类射电、毫米波和亚毫米波天文技术与方法 ( A030802 )
项目负责人张文 负责人职称研究员 依托单位中国科学院紫金山天文台
资助金额23.00
万元
项目类别青年科学基金项目 研究期限2009 年 01 月 01 日 至
2011 年 12 月 31 日
中文主题词太赫兹;超导;热电子混频;量子级联激光;射电天文
英文主题词

摘要

中文摘要 太赫兹(THz)频段具有重要科学意义和丰富应用前景,但该频段的信号产生及探测技术仍然亟待发展。超导热电子(HEB)混频技术是目前1THz以上频段最灵敏的相干探测技术,但其混频机制仍未完全解明,灵敏度仍有较大改善空间。本申请项目拟通过研究纳米尺度氮化铌(NbN)超导微桥的传热机制,进一步解明超导HEB混频器的混频机制;通过研究THz平面天线的极化和阻抗特性,实现其与超导微桥间的良好THz传输特性;并通过研究超导HEB混频器中各种固有噪声与混频器总噪声温度的依存性,最终在1-5THz频段内实现优于十倍量子极限的灵敏度。本申请项目还拟开展超导HEB混频器与量子级联激光器在4-K闭环制冷环境中的集成实验,为研制THz高频段的集成接收机打下基础。本申请项目研究将为我国天文界提议中的空间THz计划及地面大口径亚毫米波天文研究计划打下重要基础,也将为国家其它需求领域提供一种高灵敏度THz信号探测手段。
英文摘要
结题摘要 太赫兹频段具有重要的科学意义和丰富的应用前景,但该频段的信号产生及探测技术仍然亟待发展。超导HEB热电子混频技术是目前1.5THz以上频段最灵敏的的相干探测技术,但其混频机制仍未完全解明,灵敏度仍有较大改善空间。本项目积极探索了超导HEB热电子混频器的直接检波效应;成功研制出了1-6THz频段的高灵敏度超导HEB热电子混频器;在高达5.3THz取得了优于5倍量子极限(hv/k)的灵敏度;实验发现超导HEB热电子混频器的瞬时响应带宽与环境温度无关;成功演示了超导HEB热电子混频器与量子级联激光器的集成接收机并实现了量子级联激光器的锁相。这些研究成果进一步加深了对超导HEB热电子混频机理的理解,为超导HEB热电子混频器的实际天文应用打下了坚实基础,特别是为我国南极五米太赫兹望远镜积累了丰富经验,同时为其他领域提供了一种高灵敏的太赫兹信号探测手段。

成果

序号 标题 类型 作者
1 Performance of a twin-slot antenna coupled NbN hot electron bolometer mixer at 2.5 THz 会议
2 NbN hot electron bolometer mixer at 5.3 THz 会议
3 Direct detection behavior of a superconducting hot electron bolometer measured by Fourier transform spectrometer 会议
4 Noise temperature & beam pattern of an NbN hot electron bolometer mixer at 5.25 THz 期刊
5 Quantum noise in a terahertz hot electron bolometer mixer 期刊

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