[發明專利]一種太赫茲波探測器

有效

• 申請號: 201210003491.6
• 申請日: 2012-01-06
• 公開（公告）號: CN102539339A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 劉瑞元;宋小會;王云平
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01J5/20
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;康正德

技術領域

本發明涉及太赫茲波探測技術領域，更具體地，涉及基于超導材料的太赫茲波探測器。

背景技術

太赫茲(THz)輻射是從0.1THz到10THz(光子能量從0.41meV到41.4meV，波長從30μm到3mm)的電磁輻射，它介于紅外和微波輻射之間，是光子學技術與電子學技術、宏觀與微觀的過渡區域。THz波段是一個非常具有科學價值但尚未開發利用的電磁輻射區域，其研究涉及物理學、光電子學及材料科學等，在成像、醫學診斷、環境科學、信息、國家安全及基礎物理研究領域有著廣闊的應用前景和應用價值。在太赫茲波段的開發和利用中，對太赫茲信號的檢測是一項非常重要的工作。與較短波長的光學波段電磁波相比，太赫茲波光子能量低，背景噪聲通常占據顯著地位，因此不斷提高接收靈敏度則成為必然的要求。

目前，已有利用超導材料來進行太赫茲波的探測，例如基于超導材料隧道結結構、超導材料微橋結構、超導材料偶極天線結構的探測方案。但是，這些方案結構復雜、制造成本較高。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種新的基于超導材料的太赫茲波探測器。本發明的另一目的在于提供一種靈敏度及信噪比高、噪聲等效功率低的太赫茲波探測器。本發明的再一目的在于提供一種結構簡單、穩定性好的太赫茲波探測器。本發明的又一目的在于提供一種特別適合探測低功率、束斑大的太赫茲波輻射源的太赫茲波探測器。

本發明是通過以下方案實現的：

一種太赫茲波探測器，用于探測來自太赫茲波輻射源的太赫茲波，所述太赫茲波探測器包括：襯底；和附著在所述襯底上的超導材料薄膜；其中，所述超導材料薄膜為單條以曲折且緊湊的方式在所述襯底上延伸的長程線條型結構；所述超導材料薄膜在工作過程中處于其超導轉變溫區內并接受待探測太赫茲波的直接照射，并且通過所述超導材料薄膜吸收太赫茲波的熱輻射而使電阻發生顯著變化來探測所述太赫茲波。

優選地，所述超導材料薄膜的材料為鈮。

優選地，所述超導材料薄膜的厚度在1～20nm之間。

優選地，所述超導材料薄膜的線條寬度可以在1～30μm之間。

在一種實施方式中，在所述襯底的設置有超導材料薄膜的區域的至少一部分中，單位平方毫米面積上所述超導材料薄膜的線條長度大于20mm。

在一種實施方式中，在所述襯底的設置有超導材料薄膜的區域的至少一部分中，單位面積上超導材料薄膜所占面積大于40％。

在一種實施方式中，本發明的太赫茲波探測器還包括低溫恒溫器，其容納所述襯底和超導材料薄膜并能夠提供使得所述超導材料薄膜處于超導轉變溫區的溫度；其中，所述低溫恒溫器設有窗口，待探測的太赫茲波能夠穿過所述窗口直接照射到所述超導材料薄膜上。當所述超導材料薄膜的材料為鈮時，所述低溫恒溫器提供的溫度為4～10K。

在一種實施方式中，所述待探測的太赫茲波經調制后照射在探測器的超導材料薄膜上；所述待探測的太赫茲波的調制頻率為13～1333Hz。

在一種實施方式中，本發明的太赫茲波探測器還包括探測電路，所述探測電路連接在所述長程線條型結構的超導材料薄膜的兩端；其中，所述探測電路向所述超導材料薄膜提供直流偏置電流使超導材料薄膜處于超導轉變溫區，并探測超導材料薄膜兩端的電壓。當所述超導材料薄膜的材料為鈮時，所述探測電路提供大小為10～200μA的直流偏置電流。

本發明的太赫茲波探測器采用超導材料作為太赫茲輻射的直接熱吸收體，具有靈敏度及信噪比高、噪聲等效功率低，結構簡單、成本低，穩定性好的優點；特別適合探測低功率、束斑大的太赫茲波輻射源。

附圖說明

圖1為按照本發明一個實施例的太赫茲波探測器的結構示意圖。

圖2為按照本發明一個實施例的太赫茲波探測器的超導材料薄膜長程線條型結構示意圖。

圖3為圖2中的超導材料薄膜長程線條型結構的局部放大圖。

圖4為按照本發明一個實施例的鈮薄膜長程線條型結構的電阻溫度曲線。

具體實施方式

下面結合附圖來詳細說明本發明。