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超高灵敏度太赫兹超导探测器
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:物理学报
  • 时间:2015.6.2
  • 页码:228501-
  • 分类:P112.2[天文地球—天文学]
  • 作者机构:[1]中国科学院紫金山天文台,毫米波和亚毫米波技术实验室,南京210008, [2]中国科学院射电天文重点实验室
  • 相关基金:国家重大科研仪器研制项目(批准号:11127903)、国家自然科学基金重大项目(批准号:11190012)、中国科学院战略性先导科技专项(批准号:XDB04010300)和国家自然科学基金优秀青年科学基金(批准号:11422326,11222329)资助的课题.
  • 相关项目:太赫兹超导探测技术
中文摘要:

太赫兹(THz)波段一般定义为0.1—10THz的频率区间,对应波长范围3mm一30μm,覆盖短毫米波至亚毫米波段(远红外).尽管人们早己认识到太赫兹波段具有非常重要的科学意义和广泛的应用前景,但该波段仍然是一个有待全面研究和开发的电磁频率窗口.因此,太赫兹波段的天文观测在天体物理及宇宙学研究中具有不可替代的作用,对于理解宇宙状态和演化具有非常重要的意义.具有超高灵敏度的太赫兹超导探测器,已经成为太赫兹波段观测的主要手段.本文主要阐述了太赫兹超导探测器的基本类型和工作原理,以及中国科学院紫金山天文台在该领域的主要研究成果和进展.

英文摘要:

The terahertz regime, as a last radio window, remains to be fully explored, and astronomical and atmospheric observations in this regime are scientifically important. Like other frequency regimes, developing high-sensitivity detectors (coherent and incoherent) is of particular significance for both ground-based and space-borne facilities. As the coherent detector of choice below 1.4 THz, superconductor-insulator-superconductor (SIS) heterodyne mixers have achieved as high a sensitivity as five times the quantum limit around 1.4 THz. It is, however, still a challenge to developing SIS mixers at frequencies beyond 1.4 THz with considerable transmission loss in superconducting circuits due to the Cooper-pair breaking by energetic photons and increased many difficulties in designing and fabricating. So far, superconducting hot electron bolometer (HEB) mixers have been the most sensitive heterodyne detectors at frequencies above 1.5 THz, and successfully used to detect molecular spectral lines up to 2.5 THz from ground-based and space telescopes. Although spiral-antenna coupled NbN HEB mixers show a good sensitivity in the whole THz frequency range, the directly measured spectral response with Fourier transform spectrometer falls quickly as frequency increases, especially above 3 THz. The terahertz band is also of particular importance to observe astronomical objects such as cosmic microwave background, early distant objects, cold objects and dusty objects. Aiming at such objects, we develop a terahertz imaging array system by combining advanced superconducting detectors such as transition edge sensor (TES) and microwave kinetic inductance detectors (MKIDs), thus the system has a frequency band centred at 350 ~m, an operational temperature of 0.3 K, and a sensitivity reaching background limit performance for ground-based applications. In addition, it is expected to have some breakthroughs in ultra-sensitive superconducting TES and MKID, low noise multi-channel readout and multiplexing, efficien

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876