Терагерцовые смесители на горячих электронах из тонких сверхпроводниковых пленок NbN и NbTiN

• Автор: Лудков, Денис Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи
§1.1 Гетеродинные приемники субмиллиметрового диапазона длин
волн для радиоастрономических применений
§1.2 Смесители на горячих электронах с фононным каналом
охлаждения
§1.3 НЕВ-смесители в инструментах субмиллимегровой астрономии.

§1.4 Выводы и постановка задач
Глава 2. Технология изготовления образцов и методики измерений
характеристик приемников
§2.1 Изготовление смесителей из тонких пленок NbN и NbTiN
§2.2 Методика измерения шумовой температуры
§2.3 Методика измерения динамического диапазона квазиоптических
смесителей на горячих электронах
§2.4 Методика исследований полосы ПЧ волноводных смесителей на
горячих электронах
§2.5 Использование Фурье-спектрометра для исследования входной
полосы терагерцовых приемников
§2.6 Методика измерений требуемой мощности гетеродина НЕВ
смесителей
§2.7 Методика измерений собственного импеданса смесительного блока
с использованием масштабированного макета
Глава 3. Динамический диапазон и поглощенная мощность гетеродина квазиоптических смесителей на горячих электронах из тонких
сверхпроводниковых пленок NbN
§3.1 Поглощенная мощность гетеродина смесителей на горячих
электронах

§3.2 Оптимальная поглощенная мощность гетеродина для смесителей
разного объема
§3.3 Динамический диапазон смесителей разного объема
§3.4 Выводы
Глава 4. Волноводные смесители терагерцового диапазона на горячих
электронах из тонких свсрхпроводниковых пленок
§4.1 Характеристики волноводных 1ЧЬТ1Х РНЕВ смесителей но
постоянному току
§4.2 Исследование шумовой температуры волноводных 1ЧЬТ^ РНЕВ
смесителей в диапазоне 0.7 -1.3 ТГц
§4.3 Исследование полосы преобразования волноводных 1ЬТ1Х РНЕВ
смесителей
§4.4 Исследование поглощенной и требуемой мощности гетеродина
волноводных 1ЧЬТ1Х РНЕВ смесителей
§4.5 Выводы
Глава 5. Исследование волноводных смесителей на горячих электронах с
различным импедансом смесительного блока на несущей частоте
§5.1 Проектирование смесительного блока с заданным собственным
импедансом
§5.2 Параметры исследуемых волноводных МЬХ РНЕВ смесителей.

§5.3 Высокочастотные характеристики волноводных ГЧЬХ РНЕВ
смесителей с заданным импедансом смесительного блока
§5.4 Выводы
Заключение
Список публикаций автора
Литература

Развитие астрономии неразрывно связано с техническими нововведениями. Так, изобретение телескопа приблизило к нам звезды и позволило создать классификацию космических объектов, получить представление об их эволюции. Освоение радиодиапазона привело к появлению радиоастрономии. И сегодня мы продолжаем осваивать новые диапазоны частот, для получения более полной информации об устройстве Вселенной.
Межзвездное вещество, заполняющее Вселенную, представляет собой разреженную смесь холодных газов и пыли. Процессы, связанные с формированием звезд и галактик, сопровождаются интенсивным ультрафиолетовым излучением, нагревающим окружающую «холодную» среду. Таким образом, области Вселенной, в которых протекают процессы формирования новых звезд и галактик, как правило, окружены облаками газов с большей температурой и плотностью нежели «холодное» межзвездное вещество. Интенсивность и спектральный состав излучения подобных областей звездного неба содержат в себе информацию о процессах, протекающих при образовании новых галактик и звезд.
Излучение сосредоточенных источников для cio регистрации должно превалировать над фоновым излучением Вселенной. Большое количество линий излучения газов, составляющих холодную межзвездную среду, приходится на миллиметровые и субмиллиметровые волны. В этом диапазоне лежит максимум реликтового излучения Вселенной и один из максимумов излучения нашей галактики. По данным, полученным в рамках проекта NASA COBB (COsniic Background Explorer), излучение, приходящееся на субмиллиметровый и дальний инфракрасный диапазоны, составляет около половины регистрируемой яркости наблюдаемых галактик, включая Млечный путь [1]. На рис.1, по данным обзора [2], приведена зависимость мощности излучения межзвездной пыли, легких и тяжелых молекул холодных газов от длины волны. Здесь также показаны зависимости, соответствующие излучению черного тела при 30 К и реликтового
диапазона приемлемо ввиду того, что целью этого исследования было сравнение смесителей разного объема измеренных на одной и той же установке.
§2.4 Методика исследований полосы ПЧ волноводных смесителей на
Т '
горячих электронах.
При исследованиях частотной зависимости сигнала ПЧ. для NbTiN РНЕВ смесителей, в качестве источника сигнала был использован тепловой источник, представляющий собой разогретую металлическую спираль, покрытую слоем керамики (Infrared element model 6575, Oriel corp. Stanford, CT, USA ), при температуре порядка 1000 К. Источник сигнала располагался в фокусе 90° параболического зеркала для согласования с приемником. Излучение теплового источника модулировалось механическим модулятором, сигнал на выходе тракта ПЧ регистрировался селективным вольтметром. Эта методика применительно к НЕВ смесителям впервые описана в работе [33].
Основным достоинством этого метода является возможность его использования при исследованиях полосы ПЧ на разных частотах гетеродина, В стандартной методике используется два монохроматических источника, сканирование полосы ПЧ смесителя происходит изменением разностной частоты этих источников.

Частотная зависимость выходной мощности существующих терагерцовых источников гетеродина обычно довольно сильно изрезана, это приводит к тому что измерения полосы ПЧ смесителей проводятся с относительно большим шагом по частоте. При наличии в тракте ПЧ резонансов, связанных с рассогласованием смесителя или реактивными составляющими перехода контактная площадка образца - коаксиальная линия, большой шаг по частоте может приводить к неверной интерпретации полученных результатов. В используемой схеме, с шумовым источником сигнала, сканирование Г1Ч осуществляется на выходе смесителя. В этом случае минимальный шаг по частоте ограничен лишь полосой сканирующего устройства, в качестве которого может быть использован перестраиваемый фильтр или дополнительный смеситель.