Генерация и прием ТГц излучения с использованием сверхпроводниковых интегральных устройств

• Автор: Кинев, Николай Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Оглавление

Список используемых сокращений и обозначений

Глава 1. Введение

1.1 Вступление

1.2 Сверхпроводниковый интегральный приемник

1.3 Постановка задачи

Глава 2. Методы экспериментального исследования характеристик генераторов и детекторов ТГц диапазона

2.1 Измерение ширины линии излучения генераторов

на основе РДП

2.2 Измерение дифференциальных сопротивлений РДП

2.3 Измерение прямого отклика ТГц детектора и разработка

лабораторного Фурье-спектрометра
2.4 Измерение шумовой температуры интегрального приемника
Глава 3. Режимы работы и ширина линии излучения ТГц генератора на основе РДП
3.1 Концепция генератора на основе РДП, ВАХ и режимы работы
3.2 Исследование резонансного режима работы генератора
3.3 Дифференциальные сопротивления генератора
3.4 Ширина линии излучения генератора
3.5 Выводы главы
Глава 4. Исследование процессов тепловыделения в криогенной системе интегрального ТГц приемника
4.1 Актуальность исследования
4.2 Определение вклада в тепловыделение проволок, обеспечивающих
контакт интегральной микросхемы с платой управления
4.3 Определение контактного сопротивления
4.4 Модернизированная методика установления контактов
4.5 Выводы главы

Глава 5. Сверхпроводниковый интегральный ТГц приемник со смесителем на эффекте электронного разогрева
5.1 Введение
5.2 Конструкция интегрального приемника
5.3 Характеристики квазиоптической системы
5.4 Комплексное исследование характеристик приемника
5.5 Выводы главы
Глава 6. Спектральные характеристики ТГц генератора на основе мезоструктуры Bi2Sr2CaCu208+5
6.1 Концепция генератора и методы исследования
6.2 Вольт-амперные характеристики генератора и режимы работы
6.3 Спектральные характеристики генератора
6.4 Фазовая автоподстройка частоты излучения генератора
6.5 Измерение линии поглощения газов при помощи генератора
6.6 Выводы главы
Заключение
Вопросы авторства, благодарности
Публикации автора по теме диссертации
Список литературы

Список используемых обозначений и сокращений

ФАПЧ

НЕМТ

ґрдп ? foc і fn4

ЧД СВЧ Rd RdCL
Vpfln
h, h

ÔftDC î fit
ôxstep
Y-factor

BSCCO L, W, Wi
?4J »

- терагерц (10 Гц), терагерцовый
- распределённый джозефсоновский переход
- болометр на эффекте электронного разогрева (от англ. Hot electron bolometer)
- фазовая автоподстройка частоты (гетеродина)
- промежуточная частота
- транзистор на основе электронов с высокой подвижностью (от англ. High electron mobility transistor)
- вольт-амперная характеристика
- ток смещения (индекс от англ. Bias)
- ток линии управления магнитным полем (индекс от англ. Control Line)
- частоты РДП, опорного синтезатора и промежуточная частота соотвественно
- ширина линии излучения
- процент спектральной мощности, сосредоточенной в центральном пике (от англ. Spectral ratio)
- частотный дискриминатор
- сверхвысокие частоты, сверхвысокочастотный
- дифференциальное сопротивление (по току смещения)
- дифференциальное сопротивление по току линии управления магнитным полем
- напряжение РДП
- постоянная Планка (классическая и нормированная на 27Г соответственно)
- заряд электрона
- спектральное (частотное) разрешение Фурье-спектрометра и его максимальная детектируемая частота соответственно
- минимальный шаг перемещения подвижного зеркала Фурье-спектрометра
- отношение мощности сигналов детектора при подаче на него нагрузок различных эквивалентных температур
- шумовая температура
- ВігЗггСаСигОв+б
- длина РДП, ширина РДП и ширина области перекрытия электродов РДП за пределами туннельного барьера соответственно (индекс от англ. «idle region»)
- джозеф ооновская глубина проникновения магнитного поля в переход и лондоновская глубина проникновения в сверхпроводник соответственно
- плотность критического тока через туннельный переход и его «щелевое» напряжение соответственно (от англ. gap - щель)',
исследований по постоянному току), из которых легко находится расстояние между ступенями (АУрхке).
В действительности, резонансная структура создает некоторые сложности в возможностях перестройки частоты генератора. В интервалах напряжений на ВАХ между ступенями Фиске отсутствуют устойчивые рабочие точки, что означает невозможность генерации на частотах, соответствующих этим интервалам, поскольку частота излучения РДП однозначно связана с его напряжением (см. соотношение Джозефсона (2.4)). Так, например, на рис. 3.5 а представлено семейство РДП, демонстрирующее невозможность генерации в некоторых областях частот, обозначенных вертикальными стрелками (для наглядности в одном месте проведена вертикальная прямая).
Возможность непрерывной перестройки определяется перекрытием ступеней по напряжению, которое, в свою очередь, зависит как от расстояния между ступенями, так и их наклона. Рис. 3.5 б демонстрирует перекрытие ступеней по частоте: точка А соответствует верхнему краю п-й ступени Фиске, выше точки А происходит скачок рабочей точки на «щелевое» напряжение РДП, т.е. переход в нормальное состояние. Однако, легко может быть реализован переход из точки А в рабочую точку В на (п+1)-й ступени, которая соответствует той же самой частоте генерации. При необходимости плавного увеличения частоты генерации достаточно двигаться вверх по (п+1)-й ступени, пока не наступит необходимость перейти на (п+2)-ю ступень (в точку С) и т.д. Следует отметить, что ширина линии генерации в точке А заведомо лучше, чем в точке В (поскольку дифференциальное сопротивление в точке А ниже, см. раздел 3.4). Это является неотъемлемой особенностью резонансного режима работы.
Таким образом, измерения серий ВАХ РДП с достаточно мелким шагом по магнитному полю позволяют прописать структуру ступени очень точно и заведомо оценить возможность непрерывной перестройки частоты без проведения цикла измерений ширины линии. Например, серия ВАХ на