[發(fā)明專利]一種利用超導約瑟夫森結檢測太赫茲信號頻譜的裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810022876.0
• 申請日: 2008-07-31
• 公開（公告）號: CN101349712A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 許偉偉;陳健;吳培亨
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所
• 代理人: 柏尚春

一、技術領域

本發(fā)明涉及一種利用超導約瑟夫森結進行電磁信號測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用來進行太赫茲(THz)頻譜信息檢測。

二、背景技術

近十幾年來超快激光技術的迅速發(fā)展，極大地促進了太赫茲波的產(chǎn)生、檢測和應用技術的發(fā)展。這一曾被稱為″THz空白″的電磁波段，近幾年來的研究取得了許多進展。為了研究并應用太赫茲技術，太赫茲波檢測就成為了急需解決的難題。太赫茲波檢測方法比較多，各有各的特點，其中，利用超導約瑟夫森結構成頻譜信息檢測儀，是太赫茲檢測技術的研究和應用領域的新成果。

目前THz波的頻譜分析儀的使用僅局限于少數(shù)大型科研單位，主要原因是相關儀器的尺寸大、價格高。如付立葉頻譜分析儀，其尺寸有數(shù)立方米，價格也超過千萬元，加上操作的復雜性，很難推廣于普及應用。利用超導約瑟夫森結構成頻譜信息檢測儀，不僅體積小且操作簡便。這將大大促進THz波的推廣應用。

該檢測儀主要可以對100GHz到5THz的太赫茲波進行檢測，低于這個頻帶一般可以使用常規(guī)微波技術，高于這個頻帶則可以使用光學手段。而傳統(tǒng)的測量設備不是非常適合應用在THz波段，其性能參數(shù)在THz波段會有很大的下降。為了提高該波段電磁波的測量精度，我們研究并開發(fā)了一套小型THz信號檢測系統(tǒng)，該設備是基于Hilbert變換的頻譜檢測系統(tǒng)。它利用超導約瑟夫森結的I(電流)-V(電壓)特性曲線在微波輻照后會出現(xiàn)Shapiro臺階這個物理現(xiàn)象，采用DSP系統(tǒng)實現(xiàn)頻譜檢測。近年來的相關研究表明，其檢測的靈敏度可高達9000V/W，在單一溫度下使用單個結的檢測頻帶寬度可達50：1(76GHz至3.1THz)，檢測頻率可高達4.25THz。這些優(yōu)勢使我們相信基于約瑟夫森結的THz信號頻譜檢測系統(tǒng)是非常實用的.

超導約瑟夫森結頻譜檢測原理：當約瑟夫森結兩端加上直流電壓時，將產(chǎn)生與直流電壓成正比的高頻電流，若用微波信號照射該結，則其I-V特性曲線上會出現(xiàn)Shapiro臺階，臺階的電壓位置與信號的頻率大小有明確的關系V=Φ0[fs+(δf2)].]]>利用這一特性可以用約瑟夫森結來測量THz頻段的電磁輻射頻率譜。根據(jù)RSJ模型理論，約瑟夫森結的電壓響應函數(shù)H(V)與信號的頻譜S(f)的Hilbert變換關系H(V)=8Φ0πI(V)VIC2RN2ΔI(V),]]>對結的電壓響應函數(shù)H(V)進行逆Hilbert變換即可得到信號的頻譜S(f)。利用這個原理制作成的微弱電磁輻射探測設備不需要另外的本振，就可以得到信號的頻率、幅度等信息。因此，我們只需要測量約瑟夫森結對太赫茲波照射的電壓響應，通過Hilbert變換運算即可求得信號的頻譜。

已有文獻報道的現(xiàn)有超導太赫茲信號頻譜檢測裝置如圖1所示，其基本結構部件及功能為：