[發明專利]一種基于信號偏置和超導氮化鈮測輻射熱計的檢測器

在審

• 申請號: 201611129045.4
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106595878A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 姜壽祿;陳健;李先峰;賈小氫;康琳;金飚兵;許偉偉;吳培亨
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20
• 代理公司: 江蘇銀創律師事務所32242
• 代理人: 孫計良

技術領域

本發明涉及基于超導氮化鈮測輻射熱計的太赫茲波信號檢測。

背景技術

目前太赫茲成像一個重大的問題是缺乏一種高靈敏度、快速響應的檢測器。常用的常溫檢測器，比如高萊檢測器、熱釋電檢測器、肖特基二極管檢測器的噪聲等效功率都普遍高于10^-11W/Hz^1/2，并且響應時間在ms量級。低溫檢測器比如Si Bolometer,盡管它的噪聲等效功率可以達到10^-12W/Hz^1/2量級，但是響應時間也有30μs，對于基于掃描方式的太赫茲主動成像來說，響應時間過長會極大地增加掃描時間，不能接近實時成像。

超導氮化鈮測輻射熱計，也即超導NbN HEB，由于中頻增益帶寬大，響應時間可以達到ps量級，并且用于太赫茲直接檢測時，超導氮化鈮測輻射熱計的噪聲等效功率可以達到被動成像的要求，因此將其用于太赫茲成像是很有潛力的?，F有技術下，驅動超導氮化鈮測輻射熱計用于直接檢測的方式有熱驅動、太赫茲驅動。熱驅動是通過加熱將超導氮化鈮測輻射熱計加熱到T_c附近，因為NbN HEB在T_c附近具有最高的電阻溫度系數，響應最靈敏。但是這種方式需要對支撐超導氮化鈮測輻射熱計芯片的整個銅支架進行加熱，消耗液氦很多，不利于長時間測量。同時由于保持溫度的穩定比較困難，所以這種方式信號輸出不穩定。太赫茲驅動是通過用太赫茲信號超導氮化鈮測輻射熱計芯片將其偏置到合適工作點。這種方式盡管克服了熱驅動的缺點，但是需要在信號光路中加入一個分光光路，這會增加光路的復雜性。同時現有的太赫茲源價格普遍比較高，使得太赫茲驅動這種方式成本比較高。

發明內容

本發明所要解決的問題是現有技術中超導氮化鈮測輻射熱計應用于直接檢測器的缺陷。

為解決上述問題，本發明采用的方案如下：

一種基于信號偏置和超導氮化鈮測輻射熱計的檢測器，包括低溫杜瓦、超導氮化鈮測輻射熱計芯片、聚焦透鏡、偏置器、直流電源、環形器、偏置信號發生器和信號放大器；所述低溫杜瓦設有透明窗，使得光波或電磁波能夠通過所述透明窗進入所述低溫杜瓦的內部；所述超導氮化鈮測輻射熱計芯片設置于低溫杜瓦內；所述聚焦透鏡用于將進入所述低溫杜瓦內的太赫茲波聚焦于所述超導氮化鈮測輻射熱計芯片上；所述偏置器為T型偏置器；所述偏置器的射頻直流端口連接所述超導氮化鈮測輻射熱計芯片；所述偏置器的直流偏置端口連接所述直流電源；所述偏置器的射頻輸出端口連接所述環形器；所述環形器為三端口環形器；所述環形器的三個端口分別為第一端口、第二端口和第三端口，并且信號只能按第一端口至第二端口至第三端口至第一端口進行單向傳輸；所述環形器的第一端口連接所述偏置信號發生器；所述環形器的第二端口連接所述偏置器的射頻輸出端口；所述環形器的第三端口連接所述信號放大器的輸入端口；所述信號放大器的輸出端口連接信號檢測接口；所述偏置信號發生器用于生成注入的微波信號；所述檢測接口用于連接信號分析儀；所述信號放大器用于放大從所述超導氮化鈮測輻射熱計芯片反射回來的微弱微波信號。

進一步，還包括光學斬波器；所述光學斬波器用于對進入所述低溫杜瓦內的太赫茲波進行斬波。

進一步，還包括紅外濾波器；所述紅外濾波器用于過濾掉進入所述低溫杜瓦內的紅外電磁波。

進一步，還包括衰減器；所述衰減器設置于所述環形器的第一端口和所述偏置信號發生器之間，用于減小環境噪聲對芯片的干擾。

進一步，所述信號放大器為低溫放大器；所述信號放大器、偏置器、環形器置于所述低溫杜瓦內。

進一步，所述檢測接口還設置有檢波器。

本發明的技術效果如下：本發明的一種基于信號偏置和超導氮化鈮測輻射熱計的檢測器由直流電源的偏置電流和偏置信號發生器進行驅動，克服了現有技術中的熱驅動、太赫茲驅動的缺陷，從而使得基于超導氮化鈮測輻射熱計的檢測器具有了商業化應用的前景。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。