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太赫兹(THz)频段有着丰富的科学和技术应用前景,是目前射电天文研究的重要波段。众所周知,基于超导SIS(Superconductor-Insulator-Superconductor)隧道结的THz混频技术已经得到广泛应用,是目前灵敏度最高的分子谱线观测手段。由于超导SIS隧道结有极低的暗电流和极强的非线性,在THz直接检波方面也有广泛的应用前景,将在天文连续谱观测方面发挥重要作用。
本文围绕500GHz频段铌(Nb)和氮化铌(NbN)超导SIS隧道结在4K温度的直接检波特性,主要研究了Nb和NbN超导SIS隧道结的散粒噪声和电流响应率,并由此得到Nb和NbN超导SIS隧道结的等效噪声功率。为了提高准光型超导探测器的量子效率,还研究了Parylene C防反射镀膜的硅样品的THz传输特性。
本文取得的主要研究成果包括:
1)测试了超导SIS隧道结的散粒噪声。散粒噪声的谱密度SI=2qI,对于Nb超导SIS隧道结,电量q=e。对于NbN超导SIS隧道结,在能隙电压以下,电量q=e(1+2△/eV),能隙电压以上,q=e。Nb和NbN超导SIS隧道结的散粒噪声均约为3×10-12A/√Hz。
2)测试了超导SIS隧道结的电流响应率。Nb和NbN超导SIS隧道结的实测电流响应率分别为303和187A/W,量子效率分别为0.67和0.43。
3)比较了Nb和NbN超导SIS隧道结的灵敏度。Nb和NbN超导SIS隧道结的直接检波灵敏度NEP分别为8.35×10-15和1.66×10-14 W/√Hz,即Nb超导SIS隧道结的直接检波灵敏度为NbN超导SIS隧道结的2倍。且发现Nb和NbN超导SIS隧道结作为直接检波器都有优于外差混频器6~7倍的灵敏度。
4)测试了镀Parylene C的硅样品在THz频段的透过率。结果显示,镀ParyleneC的硅样品相比无镀膜的样品,透过率明显提高,且双面镀膜的透过率明显高于单面镀膜时的透过率。即Parylene C镀膜确实起到了提高硅介质透过率的作用。