论文部分内容阅读
太赫兹(Terahertz,THz)作为一种高频电磁波,是指频率0.1THz到10THz,介于毫米波与红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。长期以来,由于缺乏有效的THz辐射产生和检测方法,人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限,以致该波段被称为电磁波谱中的THz空隙。该波段也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。近年来由于自由电子激光器和超快技术的发展,为THz脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源,使THz辐射的产生机理、检测技术和应用技术的研究得到蓬勃发展。
THz频段有丰富的科学和技术应用前景,是目前天文和大气物理研究的重点波段。高灵敏度接收机研制是该频段的主要技术挑战之一。超导HEB热电子混频技术具有射频频率相关性弱和本振功率低的优点,是目前亚毫米波至远红外波段灵敏度最高的检测技术。
本文主要对超导HEB热电子混频模型和实验模拟方面进行研究。对常见的标准模型、线性/非线性热点模型、电阻模型等几种HEB热电子混频模型做了分析和比较。根据电阻模型对HEB的IV特性在一定PLO情况下进行了模拟。研究了I-V特性曲线随环境温度、转变宽度以及膜厚的关系。此外还研究了HEB混频器的噪声与器件上述参数以及本振功率的关系。这对于未来进一步完善有关模型,理解HEB工作机制具有很大的意义。
本文围绕HEB热电子混频器的混频特性,开展了如下工作:
介绍了THz频段的特点及其应用前景,简述了THz频段的探测技术。
详细描述了超导HEB热电子混频理论:包括超导体的基本特性,热电子混频基本原理,超导HEB热电子混频器理论模型,并对各种模型的应用作了比较。
模拟了超导HEB混频器的直流特性:描述了采用的物理模型,由此计算出直流I-V曲线,模拟了各个参数对该曲线的影响,并对模拟结果进行分析,发现问题,寻找改进方法。
在上一章计算直流I-V曲线的基础上计算了超导HEB混频器的混频特性:推导了混频器噪声和增益的计算公式,利用推导的计算公式模拟了超导HEB混频器的混频特性,并对不同参数的模拟结果进行分析,以求改善混频器的混频特性。