Криогенные детекторы терагерцового диапазона

Затухание на уровне моря

Два семейства методов
Понижение частоты квантово-оптических методов
Низкое спектральное разрешение (ширина линии источников >10 кГц), акустооптика, брэгговские решетки, детекторы мощности
Увеличение рабочей частоты радиофизических методов
Все функциональные элементы могут быть представлены в виде R,L,C эквивалентных схем
Супергетеродинные приемники. Источники гетеродина имеют высокую фазовую стабильность

Радиоастрономия

Спектроскопия

Пример спектра, измеренного гетеродинным методом

Медицинская диагностика

Базально-клеточная карцинома

Детектирование наркотических веществ

Детекторы кинетической индуктивности

Детекторы с антенной

Примеры широкополосных антенн
спиральная
логопериодическая
Поверхностные токи логопериодической антенны

Размещение чипа на квазиоптическкой линзе

Волноводные конструкции
Недостаток - узкополосность

Согласование антенны с приемником
Импеданс приемника Zпр = Rпр + iXпр
Импеданс антенны ZA = RA+ iXA

Физика болометров

Расчет чувствительности
- падающая мощность модулируется с частотой ω
R – сопротивление резистивного термометра
Тогда выделяемая мощность
Исходящий тепловой поток
k(T) – удельная теплопроводность

Уравнение теплового баланса
Поток входной мощности равен потоку выходной и сумме выходной и накапливаемой в абсорбере с теплоемкостью С
- динамическая теплопроводность
стационарная часть -
зависящая от времени

чувствительность по напряжению
Подставляя нестационарную часть уравнения теплового баланса получаем:
[B/Вт]
Поскольку R зависит от Т, то для учета приращения напряжения V1 используют эффективную теплопроводность
где
- коэффициент электротермической обратной связи

Электротермическая обратная связь
Полупроводники: α<0 Ge>G
сверхпроводники: α>0 Ge
Чувствительность по напряжению
Нужен разумный баланс между высокой чувствительностью и малой τe

Мощность эквивалентная шуму
Это оптическая мощность, приложенная к входу идеального (нешумящего) оптического приемника и создающая на выходе электрическую шумовую мощность, равную наблюдаемой на выходе фактически рассматриваемого приемника.
Мощность сигнала на входе, при которой соотношение сигнал/шум на выходе равно 1, если времени интегрирования составляет 0.5 с

Собственная МЭШ болометра

Болометр на крае с/п перехода
Изменение электронной температуры БКП под действием излучения приводит к увеличению сопротивления пленки вблизи критической температуры Тк. Ток через болометр, работающий в режиме задания напряжения, считывается посредством СКВИДа.

ΔT<10-5 К
NEP~10-15 W/Hz0.5
Минимальная NEP ~ 10-15 W/Hz0.5
При Tc=500 mK

Болометр на холодных электронах

Уравнение теплового баланса БХЭ