基於超導約瑟夫森檢測器的小型THz頻譜儀

《基於超導約瑟夫森檢測器的小型THz頻譜儀》是依託南京大學，由許偉偉擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於超導約瑟夫森檢測器的小型THz頻譜儀
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：許偉偉
• 依託單位：南京大學

項目摘要

THz技術具有重要的學術價值和重大的套用前景，而THz波信號檢測是當前THz技術研究中面臨的一個瓶頸問題，因此需要儘快開展小型THz波檢測儀的研製。本申請提出利用超導約瑟夫森結構建THz頻譜儀。主要研究內容包括：超導器件與THz波的相互作用機理，高溫超導器件器件的製備工藝與其電磁特性特別是THz波段下的特性；搭建小型THz信號檢測儀原型系統，研究各部件的關聯與影響，低噪聲前置放大器在系統中的作用，信號耦合方式的比較與選擇，不同溫度、結特性對THz信號檢測系統的最小檢測功率、噪聲係數、動態範圍、檢測頻譜解析度等重要參數的影響；同時研發專用的DSP數據處理系統以實現數據採集、鎖相放大等功能。在提高超導約瑟夫森結 THz頻譜儀性能的同時，做到數位化、小型化、集成化，為頻譜儀實用的實用化奠定基礎。

結題摘要

太赫茲（THz）波是有待進行全面研究開發的波段，在科學研究、國民經濟和國家安全等方面有著的巨大套用前景。由於目前THz輻射源的功率普遍偏低，因此高靈敏的THz探測技術是關鍵的瓶頸技術。在高靈敏的THz探測技術中，不僅要知道THz信號的功率，還要了解THz信號的頻率和頻譜，研製一種小型的THz頻譜分析儀是開發太赫茲科學技術中不可或缺的。利用它可以測量THz輻射源的頻率譜線，測量生物體、有機分子材料的THz輻射譜線等。通過三年的研究，按計畫完成了利用超導約瑟夫森交流特性研製小型THz頻譜檢測儀，這是一項利用全新方法進行的開創性的研究工作。它具有結構簡單、靈敏度高、體積小、價格大幅降低等優點。本項目主要成果如下： 1.在THz波與超導薄膜材料的相互作用機理，THz波與非均勻空間結構材料相互作用機理，高溫超導約瑟夫森結型器件與THz波激發超導準粒子物理機制，超導結中微缺陷對性能影響的物理機制等方面進行了深入研究。提出了超導薄膜的生長新工藝新方法；結THz性能特性表征方法；THz波局域增強和高效傳輸、調控的新方法；THz信號與超導結耦合集成的結構設計方法等等。這些研究成果2011年獲得江蘇省科學技術進步一等獎。 2.完成10K-70K製冷系統、低溫THz信號耦合、檢測器工作偏置、數據處理、自動測量程式控制等系統設計與研製，成功研製出高溫超導約瑟夫森檢測器小型THz頻譜儀。並利用它完成了0.1～2.5THz多種太赫茲信號源頻譜的測量，性能指標達到計畫目標。 3.研究了儀器各部件的關聯與影響，研究了在不同條件下超導檢測器特性對THz頻譜儀噪聲、動態範圍、檢測頻率、頻譜線寬等重要參數的影響。 本項目實施過程中，項目組在超導檢測器太赫茲波探測方面發表（有標註）論文28篇，在高水平國際期刊 (Applied Physics Letters，Optics Express等SCI期刊)發表論文13篇，在本領域重要國際會議 (IRMMW-THz，ASC等)上發表論文5篇。培養博士、碩士研究生10名，申請國家發明專利5項、授權1項。項目組通過主辦國際研討會、積極參與相關領域主流國際會議、邀請國外專家訪問、派研究生短期學習等方式，與國外同行進行了深入的學術交流與合作。