Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1329 вузов, 5502 предметов.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Башкирский Государственный Аграрный Университет
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

Широкополосные высокостабильные терагерцовые смесители на горячих электронах из тонких сверхпроводниковых пленок NbN. Монография

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
08.09.2026
Размер:
2 Мб
Скачать
☆
измерений с газовой ячейкой при закрытой цепи обратной связи. Для сравнения, температурное разрешение, получен­ное при открытой цепи обратной связи в 2 раза хуже теоре­тического значения. Это показывает, что активный контроль рабочей точки смесителя при помощи микроволнового из­лучения очень эффективен в спектроскопическом режиме работы.
Рис. 19. Линия испускания газа OCS на частоте 813,3537060 ГГц,
измеренная HEB приемником
71
Заключение
Основные выводы, которые можно сделать, сводятся к следующему:
1. Полоса преобразования 6,5 ГГц была достигнута при температуре сверхпроводящего перехода на частоте 300 ГГц на HEB смесителях с in situ золотыми контактами, что почти в два раза превышает типичное значение 3,5 ГГц, полученное для HEB смесителей с ex situ золотыми контактами.
2. Зависимость полосы преобразования от длины смеси­тельного элемента ясно указывает на существование допол­нительного диффузионного охлаждения в HEB смесителях с фононным каналом охлаждения.
3. Замещение небольшого количества СВЧ излучения для компенсации влияния флуктуаций мощности гетеродина приводит лишь к незначительной деградации шумовой тем­пературы и коэффициента преобразования HEB смесителя.
4. СВЧ цепь обратной связи может устранить дрейф вы­ходной мощности HEB приемника, таким образом, увели­чивая время Аллана до 10 с, что на порядок превышает ти­пичное значение 1 с без использования активного контроля рабочей точки смесителя.
5. Отсутствие признаков 1/f шума в графике дисперсии Аллана для тракта ПЧ указывает на то, что этот тип шума мо­жет быть вызван либо самим смесителем, либо гетеродином.
6. В радиометрическом режиме приемник может обна­ружить изменение температуры антенны равное 0,7 K или 1,0 K, в зависимости от того закрыта или открыта цепь об­ратной связи, что существенно хуже теоретического зна­чения 0,07 К, предсказываемого уравнением радиометра. Отдельные измерения дисперсии Аллана показали, что такое большое расхождение связано с присутствием 1/f шума в сиг­нале гетеродина.
7. В спектроскопическом режиме приемник может раз­личить изменение яркостной температуры спектральной линии равное 1,7 K или 2,8 K в зависимости от того закрыта цепь обратной связи или открыта. В этом случае уравнение
72
радиометра предсказывает 1,4 К. Относительное улучше­ние по сравнению с радиометрическим режимом связано с уменьшением вклада 1/f шума и дрейфа на коротких вре­менах интегрирования.
73
Список публикаций авторов
1. Ryabchun S., Tong C. E., Blundel R.l, and Gol’tsman G. Stabilization scheme for hot-electron bolometer receivers using microwave radiation // IEEE Trans. Applied Supercond, 2009. – Vol. 19, – №. 1, – pp. 14–19.
2. Ryabchun S., Tong C.-Y. E., Blundell R., Kimberk R and Gol’tsman G. Study of the Effect of Microwave Radiation on the Operation of HEB Mixers in the Terahertz Frequency Range // IEEE Trans. Applied Supercond, 2007. – Vol. 17, № 2, – pp. 391–394.
3. Ryabchun S. A., Tretyakov I. V., Finkel M. I., Maslennikov S. N., Kaurova N. S., Seleznev V. A., Voronov B. M. and Goltsman G. N. Fabrication and characterisation of NbN HEB mixers with in situ gold contacts // Proceedings of the 19 on Space Terahertz Technology. – Groningen, the Netherlands,
2008. – pp. 62–67.
4. Ryabchun S., Tong C.-Y. E., Blundell R., Kimberk R., Gol’tsman G. Stabilisation of the terahertz Hot-Electron Bolometer mixer with microwave feedback control // Proceedings of the 18 International Symposium on Space Terahertz Technology / California Institute of Technology. – Pasadena, CA, USA,
2007. – pp. 193–198.
5. Ryabchun S., Tong C.-Y. E., Blundell R., Kimberk R., Gol’tsman G. Effect of microwave radiation on the stability of terahertz hot­electron bolometer mixers // Proc. SPIE, 2006.
6. Ttretyakov I. V., Ryabchun S. A., Maslennikov S. N., Finkel M. I., Kaurova N. S., Seleznev V. A., Voronov B. M., Goltsman G. N. NbN HEB mixer: fabrication, noise temperature reduction and characterization // Proceedings of the 3rd International Conference «Fundamental Problems of High-Temperature Superconductivity». – Zvenigorod, Russia, 2008.
th
International Symposium
h
74
Список литературы
1. Blundell R., W. Barrett J., Gibson H., Gottleib C., Hunter T. R., Kimberk R., Leiker S., Marrone D., Meledin D., Paine S., Papa D. C., Plante R. G., Riddle P., Smith M. J., Sridharan T. K., Tong C.-Y. E., Wilson R. W., Diaz M., Bronfman L., May J., Otarola A., Radford S. J. E. Prospects for
terahertz radio astronomy from northern Chile // Proceedings of the 13 Technology. – Harvard University, Cambridge, MA, USA,
2002. – p. 159.
2. Kawamura J., Hunter T. R., Tong C.-Y. E., Blundell R.,
Papa D. C., Patt F., Peters W., Wilson T. L., Henkel C., Gol’tsman G., and Gershenzon E. Ground-based terahertz CO
spectroscopy towards Orion // Astron. Astrophys, 2002. – Vol. 394, – pp. 271–274.
3. Walker C. K., Kulesa C. A. Terahertz astronomy from the coldest place on earth // The Joint 30 Infrared and Millimeter Waves and 13th International Conference on Terahertz Electronics, 2005. – Vol. 1, – pp. 3–4.
4. Wild W., Gusten R., Holland W. S., Ivison R. J., Stacey G. L. Large antennas for ground-based astronomy above 1 THz // Antennas and Propagation Society International Symposium,
2006. – pp. 2391–2394.
5. SMA – Submillimeter Array. – Internet page, 2009. http:// www.cfa.harvard.edu/sma/
6. ALMA – Atacama Large Millimeter Array. – Internet page,
2009. http://www.almaobservatory.org/index.php.
7. SOFIA – Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy. – Internet page, 2009. http://www.sofia.usra.edu/
8. HERSCHEL. – Internet page, 2009. http://www.esa.int/ science/herschel.
9. Crowe T. W., Mattauch R. J., Roser H. P., Bishop W. L., Peatman W. C. B., and Liu X. GaAs Schottky Diodes for THz Mixing Applications // Proc. IEEE, 1992. – Vol. 80, – pp. 1827–1841.
10. Gearhart S. S., Hesler J., Bishop W. L., Crowe T. W., and Rebeiz G. M. A Wide-band 760-GHz Planar Integrated Schottky Receiver // IEEE Microwave and Guided Wave Lett., 1993. – Vol. 3, – pp. 205–297.
th
International Symposium on Space Terahertz
th
International Conference on
75
11. Hesler J. L., Crowe T. W., Weikle R. M., Bradley R. F., Pan S.-K., and Chattopadhyay P. The Design, Construction, and Evaluation
of a 585 GHz Planar Schottky Mixer // Proceedings of the 6th International Symposium on Space Terahertz Technology. – California Institute of Technology. – Pasadena, CA, USA,
1995. – p. 34.
12. John R. Tucker, Feldman M. J. Quantum detection at millimeter wavelengths // Rev. Mod. Phys., 1985. – Vol. 57, – p. 1055.
13. Gershenzon E. M., Gol’tsman G. N., Gogidze I. G., Gousev Y. P., Elant’ev A. I., Karasik B. S., and Semenov A. D. Millimeter and submillimeter range mixer based on electronic heating of superconducting films in the resistive state // Sov. Phys. Superconductivity, 1990. – Vol. 3, – pp. 1582–1597.
14. Гершензон М., Гольцман Г. Н., Гогидзе И. Г., Гусев Ю. П., Елантьев А. И., Карасик Б. С., Люлькин А. М., Семенов А. Д. Смеситель миллиметрового и субмиллиметрового диапа­зонов волн на основе разогрева электронов в резистивном состоянии сверхпроводниковых пленок // СФХТ, 1990. – Т. 3, – Ч. I, – С. 2143–2160.
15. Gershenzon E. M., Gol’tsman G. N., Gousev Yu. P., Elant’ev A. I., and Semenov A. D. Electromagnetic Radiation Mixer Based on Heating in Resistive State of Superconductive Nb and YBaCuO Films // IEEE Trans. on Mag., 1991. – Vol. 27, – № 2, – pp. 1317–1320.
16. Gershenzon E. M., Gol’tsman G. N., Elant’ev A. I., Karasik B. S., and Potoskuev S. E. Intense Electromagnetic Radiation Heating of Electrons of a Superconductor in the Resistive State // Sov. J. Temp. Phys., 1988. – Vol. 14, – № 7, – pp. 414–420.
17. Gol’tsman G. N., Semenov A. D., Gousev Yu. P., Zorin M. A.,
Goghidze I. G., Gershenzon E. M., Lang P. T., Knot W. J., and Renk K. F. Sensitive Picosecond NbN Detector for Radiation
from Millimeter Wave Length to Visible Light // Superconductors: Science and Technology, 1991. – Vol. 4, – pp. 453–456.
18. Kawamura J., Tong C.Y. E., Blundell R., Papa D. C., Hunter T. R., Patt F., Gol’tsman G., and Gershenzon E. Terahertz-frequency waveguide NbN hot-electron bolometer mixer // IEEE Trans. on Appl. Supercond, 2001. – Vol. 11, – pp. 952–954.
19. Meledin D. V., Marrone D. P., Tong C.Y. E., Gibson H.,
Blundell R., Paine S. N., Papa D. C., Smith M., Hunter T. R., Battat J., Voronov B., Gol’tsman G. A 1-THz superconducting
hot-electron bolometer receiver for astronomical observations //
76
IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., 2004. – Vol. 52, – № 10, – pp. 2338–2343.
20. Meledin D., Tong C. E., Blundell R., Kaurova N., Smirnov K., Voronov B., Gol’tsman G. The sensitivity and IF bandwidth of waveguide NbN hot electron bolometer mixer on MgO buffer layers over crystalline quartz // Proceedings of the 13 International Symposium on Space Terahertz Technology. – Harvard University. – Cambridge, MA, USA, 2002. – p. 65.
21. Vachtomin Y. B., Finkel M. I., Antipov S. V., Voronov B. M., Smirnov K. V., Kaurova N. S., Drakinski V. N. and Goltsman G. N. Gain bandwidth of phonon-cooled HEB mixer made of NbN thin film with MgO buffer layer on Si // Proceedings of the 13th International Symposium on Space Terahertz Technology. – Harvard University. – Cambridge, MA, USA, 2002. – p. 259.
22. Vachtomin Y. B., Antipov S. V., Maslennikov S. N., Smirnov K. V.,
Polyakov S. L., Kaurova N. S., Grishina E. V., Voronov B. M. and Goltsman G. N. Noise temperature measurements of NbN
phonon-cooled hot electron bolometer mixer at 2,5 THz and 3,8 THz // The Proceedings of the 15th International Symposium on Space Terahertz Technology / Hotel Northampton. – Northampton, MA, USA, 2004. – p. 236.
23. TELLIS – Terahertz and submillimeter Limb Sounder. – Internet page. – 2009. http://www.sron.nl/index. php?option=com_content&task=view&id=2037&Itemid=1900
24. APEX – Atacama Pathfinder Experiment. – Internet page. –
2009. http://www.apex-telescope.org/
25. Marrone D. P., Blundell R., Tong E., Paine S. N., Loudkov D., Kawamura J. H., Luhr D., Barrientos C. Observations in the 1.3 and
1.5 THz Atmospheric Windows with the Receiver Lab Telescope // Proceedings of the 16th International Symposium on Space Terahertz Technology. – Goteborg, Sweden, 2005. – p. 64.
26. МИЛЛИМЕТРОН. – Internet page. – 2009. http://www.asc. rssi.ru/millimetron/eng/millim_eng.htm
27. Kooi J. W., Baselmans J. J. A., Baryshev A., Schieder R.,
Hagenius M., Gao J. R., Klapwijk T. M., Voronov B. and Gol’tsman G. Stability of Heterodyne Receivers // Journal of
Applied Physics, 2006. – Vol. 100, issue 6, – pp. 064904– 064904–9.
28. Altshuler B. L., Aronov A. G. Electron-electron interaction in disordered conductors // Modern problems in condensed matter science – Ed. A.L.Efros, M.Pollas, 1985 – North-Holland Co., Amsterdam – pp. 1–153.
th
77
29. Рейзер Ю. М., Сергеев А. В. Электрон-фононное взаимодей­ствие в примесных металлах и сверхпроводниках // ЖЭТФ,
1986. – Т. 90, – № 3, – стр. 1056–1090.
30. Гершензон Е. М., Гершензон М. Е., Гольцман Г. Н., Люль- кин А. М., Семенов А. Д., Сергеев А. В. Электрон-фононное взаимодействие в ультратонких пленках Nb // ЖЭТФ,
1990. – Т. 96, – Вып. 3, – стр. 901–911.
31. Gershenzon E. M., Gol’tsman G. N., Potapov V. D., and Sergeev A. V. Restriction of Microwave Enhancement of Superconductivity in Impure Superconductors due to Electron­Electron Interaction // Solid State Communications, 1990. – Vol. 75, – № 8, – pp. 639–641.
32. Prober D. Superconducting terahertz mixer using a transition- edge microbolometer // Appl.Phys.Lett., 1993. – Vol. 62, – issue 17, – p. 2119.
33. Wyss R. A., Karasik B. S., McGrath W. R., Bumble B., and LeDuc. H. Noise and bandwidth measurements of diffusion­cooled Nb hot-electron bolometer mixers at frequencies above the superconductive energy gap // Proc. 10th Int. Symp. on Space Terahertz Technology. – University of Virginia. – Charlottesville, VA, USA, 1999. – pp. 215–228.
34. Гершензон Е. М., Гершензон М. Е., Гольцман Г. Н., Семе- нов А. Д., Сергеев А. В. Разогрев квазичастиц в сверхпрово­дящей пленке, находящейся в резистивном состоянии // Письма в ЖЭТФ, 1981. – Т. 34, Вып. 5, – С. 281–285.
35. Гершензон Е. М., Гершензон М. Е., Гольцман Г. Н., Семе- нов А. Д., Сергеев А. В. Разогрев электронов в резистивном состоянии сверхпроводника под действием электромаг­нитного излучения // ЖЭТФ, 1984. – Т. 86, – Вып. 2, – С. 758–774.
36. Гершензон Е. М., Гершензон М. Е., Гольцман Г. Н., Семе- нов А. Д., Сергеев А. В. Неселективное воздействие электро­магнитного излучения на сверхпроводящую пленку в резис­тивном состоянии // Письма в ЖЭТФ, 1982. – Т. 36, – Вып. 7, – С. 241–244.
37. Tong C E., Kawamura J., Blundell R., Gol’tsman G., & Gershenzon E. Low-noise Terahertz Waveguide Hot-Electron Bolometer Heterodyne Receiver / // Proc. IEEE 7th Intl. Conf. on THz Electronics / Nara. – Japan, 1999. – pp. 44–47.
38. Kawamura J., Blundell R., Tong C. E., Gol’tsman G., Gershenzon E., Voronov B. and Cherednichenko S. Low noise NbN lattice-cooled superconducting hot-electron bolometric mixers
78
at submillimeter wavelengths // Appl. Phys. Lett., 1997. – Vol. 70, – issue 12, – pp. 1619–1621.
39. Cherednichenko S., Yagoubov P., Il’in K., Gol’tsman G., Gershenzon E. Large bandwidth of phonon-cooled NbN hot­electron bolometer mixers on sapphire substrates // Proceeding 8th International Symposium on Space THz Technology. – Harvard University. – Cambridge, MA, USA, 1997. – p. 245.
40. Hong K. S., Marsh P. F., Ng G. I., Pavlidis D., and Hong C. H. Optimization of MOVPE Grown InxAl1-x/In0.53Ga0.47As Planar Heteroepitaxial Schottky Diodes for Terahertz Applications // IEEE Trans. Electron Devices, 1994. – ED–41, – pp. 1489–1497.
41. Chin G. Optically Pumped Submillimeter Diodes Heterodyne receivers: Astrophysical Observations and Recent Technical Developments // Proc. IEEE, 1992. – Vol. 80, – issue 11, – pp. 1788 – 1799.
42. Erickson N. R. Low noise Submillimeter receivers Using Single­Diode Harmonic Mixers // Proc. IEEE, 1992. – Vol. 80, – issue 11, – pp. 1721–1728.
43. Tucker J. R. Quantum limited detection in tunnel junction mixers // IEEE J. Quantum Electron, 1979. – Vol., – issue 11, – pp. 1234 – 1258.
44. Tucker J. R. and Feldman M. J. Quantum detection at millimeter wavelength // Rev. Mod. Phys., 1985. – Vol. 57, – № 4, – pp. 1055–1113.
45. Tong C.-Y. E., Blundell R., Bumble B., Stern J., Leduc H. Sub-mm distributed quasipartical receiver employing a non-linear transmission line // Proceedings of the 7th International Symposium on Space Terahertz Technology. – University of Virginia – Charlottesville, VA, USA, 1996. – p. 47.
46. Tong C.-Y. E., Blundell R., Paine S., Papa D. C., Kawamura J., Zhang X., Stern J. A., & LeDuc H. G. Design and characterization of 200–300 GHz fixed tuned SIS receiver // IEEE Trans. on Micr. Theory and Tech., 1996. – Vol. 44, – № 9, – pp. 1548–1566.
47. Karpov A., Blondel J., Voss M., and Gundlach K. A three photon noise SIS heterodyne receiver at submillimeter wavelength // IEEE Trans. Appl. Supercond., 1992. – Vol. 9, – issue 2, – pp. 4456–4459.
48. Chattopadhyay G., Rice F., Miller D., LeDuc H. G., and Zmuidzinas J. A 530-GHz Balanced Mixer // IEEE Microwave and Guided Wave Lett., 1999. – Vol. 9, – № 11, – pp.467–469.
79
49. Wengler M. J. Submillimeter-Wave Detection with Superconducting Tunnel Diodes // Proc. IEEE, 1992. – Vol. 80, – № 11, – pp. 1810–1826.
50. De Lange G., Kuipers J. J., Klapwijk T. M., Panhuyzen R. A., Van de Stadt H., and de Graauw M. W. M. Superconducting resonator circuits at frequencies above the gap frequency // J. Appl. Phys.,
1995. – Vol. 77, – issue 4, – pp. 1795–1805.
51. De Lange G., Huang Q. Hu. H., Lichtenberger A. W. Development of a 170–210 GHz 3x3 micromashined SIS imaging array // Proceedings of the 8th International Symposium on Space Terahertz Technology. – Harvard University – Cambridge, MA, USA, 1997. – p. 518–530.
52. Belitsky V., Tarasov M. A. SIS Junction Reactance Complete Compensation // IEEE Trans. on Magn., 1991. – Vol. 27, – issue 2, – pp. 2638 – 2641.
53. Belitsky V. Y., Kollberg E. L. Tuning circuit for NbN SIS mixer // Proceedings of the 7th International Symposium on Space Terahertz Technology. – University of Virginia. – Charlottesville, VA, USA, 1996. – pp. 234.
54. Tong C.-Y. E., Chen L. and Blundell R. Theory of Distributed Mixing and Amplification in a Superconducting Quasi-Particle Nonlinear Transmission Line / IEEE Trans. on MTT, 1997. – Vol. 45, – № 7, – pp. 1086–1092.
55. Tong C.-Y. E., Blundell R., Bumble B., Stern J., Leduc H. Sub-mm distributed quasipartical receiver employing a non-linear transmission line // Proceedings of the 7
th
International Symposium on Space Terahertz Technology. – University of Virginia – Charlottesville, VA, USA, 1996. – p. 47.
56. Feldman M. J. and Rudner S. Mixing with SIS arrays // Rev. of. Infrared and Millimeter Waves, 1983. – Vol. 1, – pp. 47–75.
57. Shitov S. V., Levitchev M., Veretennikov A. V., Koshelets V. P.,
Prokopenko G. V., Filippenko L. V., Ermakov A. B., Shtanyuk A. M., Kohlstedt H., Ustinov A. V. Superconducting
integrated receiver as 400–600 GHz tester for coolable device // IEEE Trans. Appl. Supercond., 2001. – Vol. 11, – № 1, – pp. 832–835.
58. Maas. Microwave mixers // Artech House – Boston, MA, USA,
1993. – pp. 237–313.
59. Chattopadhyay G., Rice F., Miller D., LeDuc H. G., and Zmuidzinas J. A 530-GHz Balanced Mixer // IEEE Microwave and Guided Wave Lett., 1999. – Vol. 9, – № 11, – pp. 467–469.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности