一种基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器，包括低温杜瓦、超导氮化铌测辐射热计芯片、聚焦透镜、环形器、微波源和信号放大器。低温杜瓦设有透明窗。超导氮化铌测辐射热计芯片设置于低温杜瓦内。聚焦透镜用于将进入低温杜瓦内的太赫兹波聚焦于超导氮化铌测辐射热计芯片上。环形器的三个端口分别连接微波源、超导氮化铌测辐射热计芯片和信号放大器的输入端口。信号放大器的输出端口连接信号检测接口。超导氮化铌测辐射热计芯片不连接偏置源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器
本专利技术涉及基于超导氮化铌测辐射热计的太赫兹波信号检测。
技术介绍
2017年4月16日公开的专利文献CN106595878A公开了一种基于信号偏置和超导氮化铌测辐射热计的检测器。该检测器的直流电源和偏置器组成偏置源。该检测器通过将偏置源所产生的偏置电流和偏置信号发生器产生的微波信号输入至超导氮化铌测辐射热计芯片，然后对超导氮化铌测辐射热计反射回来的信号经信号放大器放大后进行检测，从而实现对太赫兹波的检测。该检测器存在以下两个问题：第一个问题是直流电源容易将外部信号耦合到超导氮化铌测辐射热计芯片上，而产生检测不准确的问题。第二个问题是超导氮化铌测辐射热计芯片非常脆弱容易被偏置源所产生的偏置电流所损坏。超导氮化铌测辐射热计芯片的有效工作部分是一个很小的氮化铌薄膜微桥，特别容易被电流脉冲坏，而偏置源输入偏置电流中非常容易产生高强度的脉冲电流将超导氮化铌测辐射热计芯片损坏。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是现有技术中基于偏置源和超导氮化铌测辐射热计的太赫兹检测器的所存在的缺陷。为解决上述问题，本专利技术采用的方案如下：一种基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器，包括低温杜瓦、超导氮化铌测辐射热计芯片、聚焦透镜、环形器、微波源和信号放大器；所述低温杜瓦设有透明窗，使得光波或电磁波能够通过所述透明窗进入所述低温杜瓦的内部；所述超导氮化铌测辐射热计芯片设置于低温杜瓦内；所述聚焦透镜用于将进入所述低温杜瓦内的太赫兹波聚焦于所述超导氮化铌测辐射热计芯片上；所述环形器为三端口环形器；所述环形器的三个端口分别为第一端口、第二端口和第三端口，并且信号只能按第一端口至第二端口至第三端口至第一端口进行单向传输；所述环形器的第一端口连接所述微波源；所述环形器的第二端口连接所述超导氮化铌测辐射热计芯片；所述环形器的第三端口连接所述信号放大器的输入端口；所述信号放大器的输出端口连接信号检测接口；所述微波源用于生成注入的微波信号；所述检测接口用于连接信号分析仪；所述信号放大器用于放大从所述超导氮化铌测辐射热计芯片反射回来的微弱微波信号。进一步，还包括光学斩波器；所述光学斩波器设于所述低温杜瓦的透明窗之前，用于对进入所述低温杜瓦内的太赫兹波进行斩波。进一步，还包括红外滤波器；所述红外滤波器设于所述低温杜瓦的透明窗和所述聚焦透镜之间，用于过滤掉进入所述低温杜瓦内的红外电磁波。进一步，所述红外滤波器和所述聚焦透镜之间还设置有的金属网滤波器。进一步，还包括衰减器；所述衰减器设置于所述环形器的第一端口和所述微波源之间，用于降低外部噪声对于芯片的影响。进一步，所述信号放大器为低温放大器；所述信号放大器和环形器置于所述低温杜瓦内。进一步，所述检测接口还设置有检波器。本专利技术的技术效果如下：本专利技术通过对超导氮化铌测辐射热计芯片注入微波信号，然后对超导氮化铌测辐射热计芯片反射的微波信号进行检测实现太赫兹检测，不需要注入偏置电流。由于超导氮化铌测辐射热计芯片未连接有偏置源，避免了偏置源引入外部信号的问题，而且能够减少因为偏置源所产生的偏置电流因携带有高强度的脉冲电流而将超导氮化铌测辐射热计芯片损坏的风险。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。本实施例的基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器是实验室所架设的结构。如图1所示，该检测器包括低温杜瓦12、超导氮化铌测辐射热计芯片5、光学系统、微波注入系统以及信号预处理系统。低温杜瓦12是由金属壳体实现的内部中空的罐体，并通过液氦冷却。超导氮化铌测辐射热计芯片5放置在低温杜瓦12内。低温杜瓦12用于保持超导氮化铌测辐射热计芯5的氮化铌低温状态下的超导状态。本检测器工作时，低温杜瓦12内的温度为4.2K，真空度为10-5Pa。为使得电磁波信号能够进入低温杜瓦12内，低温杜瓦12的罐体壁上设置有透明窗2。透明窗2由对电磁波透明的材料制成。本实施例中，透明窗2采用了由杜邦公司生产的迈拉膜。迈拉膜是一种高强度的聚酯塑料薄膜，能够为低温杜瓦12内的真空提供足够的机械强度。光学系统由聚焦透镜4、红外滤波器13、金属网滤波器3和光学斩波器1所组成。聚焦透镜4用于将进入低温杜瓦12内的太赫兹波聚焦于超导氮化铌测辐射热计芯片5上。本实施例中，聚焦透镜4采用的是半径为4mm的硅超半球透镜。超导氮化铌测辐射热计芯片5用低温胶粘在硅超半球透镜中心。而硅超半球透镜则通过无氧铜支架安装在低温杜瓦12内。红外滤波器13设置于低温杜瓦12内，紧贴透明窗2。红外滤波器13用于过滤掉进入低温杜瓦内的红外电磁波。本实施例中，红外滤波器13由透明窗2内侧粘贴的一层G-110Zitex材料所实现。光学斩波器1是设置在低温杜瓦12外的光学器件，设置于透明窗2之前，用于对进入低温杜瓦内的太赫兹波进行斩波。金属网滤波器3设于红外滤波器13和聚焦透镜4之间。本实施例中，金属网滤波器3是由VDI公司生产的一种中心频率为623GHz，带宽为75GHz的金属网滤波器。微波注入系统由环形器6、微波源11以及衰减器10所组成。环形器6是一种使电磁波单向环形传输的器件，设置于低温杜瓦12内。本实施例中，环形器6为三端口环形器，三个端口分别为：第一端口、第二端口和第三端口。环形器6单向传输方向为：第一端口至第二端口至第三端口至第一端口。环形器6的第一端口通过衰减器10连接微波源11。微波源11用于生成注入的微波信号。环形器6的第二端口直接连接超导氮化铌测辐射热计芯片5。环形器6的第三端口连接信号预处理系统。由此，微波源11所产生的微波信号只能通过环形器6的第二端口向超导氮化铌测辐射热计芯片5注入，而无法通过环形器6的第三端口输出。而由超导氮化铌测辐射热计芯片5反射信号由环形器6的第二端口进入环形器6后，只能通过环形器6的第三端口输出，无法通过环形器6的第一端口向微波源11输出。衰减器10用于减小环境噪声对芯片的干扰。衰减器10设置于低温杜瓦12内，具体来说是-20db的衰减器，用于减少外部噪音对超导氮化铌测辐射热计芯片5的影响。信号预处理系统由信号放大器7和检波器8所组成。环形器6的第三端口连接信号预处理系统，具体来说，环形器6的第三端口连接信号放大器7的输入端口。信号放大器7的输出端口通过检波器8连接检测接口。信号放大器7用于放大从超导氮化铌测辐射热计芯片5反射回来的微弱微波信号。本实施例中，信号放大器7为低温杜瓦12内的低温窄带放大器，带宽为1.3GHz-1.7GHz,工作在15K的时候增益为32dB。检测接口用于连接信号分析仪9。信号分析仪9是一种动态信号分析仪。本实施例工作时，首先调节微波源11的输出功率使得超导氮化铌测辐射热计芯片5工作在最佳点，外部入射的太赫兹信号改变超导氮化铌测辐射热计芯片5的阻抗从而使得超导氮化铌测辐射热计芯片5反射的微波功率产生改变，反射的微波信号通过环形器6由杜瓦内放置的信号放大器7放大后输出到低温杜瓦12外，然后经检波器8检波后送入到信号分析仪9中。经测试，在最佳注入微波功率下且光学斩波器1的斩波频率为912Hz时，噪声等效功率为1.8×10-11W/Hz1/2，响应时间为ps级别。需要特别强调指出的是，相比于专利本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器，其特征在于，包括低温杜瓦、超导氮化铌测辐射热计芯片、聚焦透镜、环形器、微波源和信号放大器；所述低温杜瓦设有透明窗，使得光波或电磁波能够通过所述透明窗进入所述低温杜瓦的内部；所述超导氮化铌测辐射热计芯片设置于低温杜瓦内；所述聚焦透镜用于将进入所述低温杜瓦内的太赫兹波聚焦于所述超导氮化铌测辐射热计芯片上；所述环形器为三端口环形器；所述环形器的三个端口分别为第一端口、第二端口和第三端口，并且信号只能按第一端口至第二端口至第三端口至第一端口进行单向传输；所述环形器的第一端口连接所述微波源；所述环形器的第二端口连接所述超导氮化铌测辐射热计芯片；所述环形器的第三端口连接所述信号放大器的输入端口；所述信号放大器的输出端口连接信号检测接口；所述微波源用于生成注入的微波信号；所述检测接口用于连接信号分析仪；所述信号放大器用于放大从所述超导氮化铌测辐射热计芯片反射回来的微弱微波信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器，其特征在于，包括低温杜瓦、超导氮化铌测辐射热计芯片、聚焦透镜、环形器、微波源和信号放大器；所述低温杜瓦设有透明窗，使得光波或电磁波能够通过所述透明窗进入所述低温杜瓦的内部；所述超导氮化铌测辐射热计芯片设置于低温杜瓦内；所述聚焦透镜用于将进入所述低温杜瓦内的太赫兹波聚焦于所述超导氮化铌测辐射热计芯片上；所述环形器为三端口环形器；所述环形器的三个端口分别为第一端口、第二端口和第三端口，并且信号只能按第一端口至第二端口至第三端口至第一端口进行单向传输；所述环形器的第一端口连接所述微波源；所述环形器的第二端口连接所述超导氮化铌测辐射热计芯片；所述环形器的第三端口连接所述信号放大器的输入端口；所述信号放大器的输出端口连接信号检测接口；所述微波源用于生成注入的微波信号；所述检测接口用于连接信号分析仪；所述信号放大器用于放大从所述超导氮化铌测辐射热计芯片反射回来的微弱微波信号。2.如权利要求1所述的基于零偏微波反射和超导氮化铌测辐射热计的检测器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜寿禄，陈健，贾小氢，康琳，金飚兵，许伟伟，吴培亨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32