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太赫兹(THz)频段具有重要的科学意义和丰富的应用前景。通过对THz频段星际辐射谱线的高空间分辨率和高频率分辨率的观测研究，有助于解明恒星、行星和星系形成及演化过程中的重要科学问题。另外，观测研究地球大气中的THz微量分子谱线，有助于解明全球气候变暖和大气臭氧层变化的成因。超导HEB(Hot Electron Bolometer)热电子混频技术基于纳米/微米尺度的超导薄膜的电阻随温度的强非线性实现高灵敏度探测，达到8-10倍量子极限，皮秒级的响应时间使其瞬时带宽达到4 GHz。同时，射频频率相关性弱和低本振功率需求的特点，使其成为目前THz频段外差探测技术的首选。
本文围绕超导NbN HEB热电子混频器的高频特性研究，开展了如下的研究工作：
1)系统研究了器件制备工艺(In-situ和contact pads)对超导热电子混频器的性能影响。发现In-situ工艺仅改善超导热电子混频器直流特性的一致性，对接收机噪声温度影响甚小；通过引入超导材料(Nb或者NbTiN)保持contact pads下NbN膜的超导特性，在1.9 THz实现了1250-1500 K的接收机噪声温度。
2)实验研究了直接检波效应对小面积超导热电子混频器(＜2μm×0.2μm)的噪声特性的影响。发现其导致接收机噪声温度有20％的增加，通过引入射频带通滤波器可以消除该效应。
3)研究了在0.5 THz螺旋天线耦合的超导热电子混频器的接收机噪声温度与混频器环境温度之间的相关性。发现当环境温度远低于器件临界温度时，超导热电子混频器的临界电流仍随着环境温度逐渐降低，但噪声温度基本不变。另外，首次实验验证了超导热电子混频器的接收机噪声温度反比于其吸收的本振功率，与超导热电子混频器的经典混频理论基本吻合。
4)在0.5～2.5 THz的频率范围内研究了准光学超导热电子混频器的接收机噪声温度的射频频率相关性。发现接收机噪声温度随射频频率增加主要是由于高频电流在超导热电子混频器上的分布不均匀性增加，导致了与螺旋天线之间的阻抗失配，而校准该效应后的接收机噪声温度几乎与射频频率无关。
5)研究了由分布反馈量子级联激光器DFB QCL(Distributed feedback quantumcascade laser)作为本振和超导热电子混频器组成的外差接收机的高频性能。实验发现采用太赫兹吸收器消除QCL的侧面辐射可以极大改善DFB QCL的波束质量，进而实现了对超导热电子混频器的泵浦。另外，在3.42 THz频率测得2100 K的双边带接收机噪声温度，校准光学损耗后的接收机噪声温度小于1000 K，相当于6倍量子极限。