太赫兹超导隧道结混频器特性研究

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1、上海师范大学硕士学位论文学校代码：10270分类号：学号：152200695硕士学位论文太赫兹超导隧道结混频器特性研究学院：数理学院专业：天体物理研究方向：天文技术与方法研究生姓名：宿川指导教师：姚骑均研究员完成日期:2018年5月22日I上海师范大学硕士学位论文II上海师范大学硕士学位论文摘要超导隧道结(SIS)因其极高的探测灵敏度已经成为太赫兹天文探测领域最重要的探测器之一。得益于先进的薄膜制备工艺，在低频段超导隧道结性能已经接近量子噪声极限。在地面影响探测性能的主要因素是地球大气的吸收与发射，

2、尤其是水汽的影响最大。南极内陆和空间观测是减小和突破大气限制的两种有效方式，然而这样极端环境下往往面临能源和可靠性等问题。为了解决这些问题，寄希望于研制较高工作温区的SIS探测器，一方面既能缓解对制冷系统的要求，同时又能实现优异的性能。此外，尽管目前国际空间太赫兹天文与大气观测已经部署了大量先进的仪器设备，但我国太赫兹天文设备整体投入较晚，目前仍然紧缺先进的太赫兹天文与大气观测装置，严重限制了我国太赫兹天文学与大气科学的发展。为此，本论文将重点围绕以下几点展开：1）太赫兹超导辐射波谱仪的系统测试，以

3、熟悉和了解大气科学对太赫兹接收系统的技术要求；2）8K温区快速测试杜瓦的搭建以及光路设计与仿真，以为高临界温度超导隧道结（SIS）探测器实验测量做准备；3）用单粒子束辐照实验模拟宇宙空间粒子环境研究高能粒子对全NbNSIS结性能的影响。本论文参与测试的太赫兹大气超导辐射波谱仪目前已运行于我国西藏羊八井观测站。模拟宇宙空间粒子环境的单粒子束辐照实验，将为我国未来的空间太赫兹探测可行性与可靠性研究奠定了良好的基础。关键字：太赫兹；超导隧道结；空间探测III上海师范大学硕士学位论文IV上海师范大学硕士学位

4、论文AbstractSIS(Superconductor-Insulator-Superconductor)mixerhasbecomeoneofthemostimportantdetectorsintheterahertzastronomicalexplorationfieldsduetoitsultra-highsensitivity.Thankstotheadvancedthin-filmfabrication,superconductingSISmixershavereachedasensi

5、tivityclosetoquantumlimitatthelowterahertzfrequencyband.Themainfactoraffectingthedetectionperformanceonthegroundistheabsorptionandreflectionoftheearth’ssurroundings,especiallytheinfluenceofwatervapor.Antarcticandspaceobservationsaretwoeffectivewaystore

6、duceorbreakthroughatmosphericconstraints.However,suchextremeenvironmentsoftenfaceproblemssuchaslackofpowersupplyandreliability.Inordertosolvetheseproblems,itishopedthatnewSISmixerscapableofoperatinginarelativelyhightemperatureregioncanbedevelopedsoasto

7、relievethepressureofrefrigerationequipmentandachieveexcellentperformanceatthesametime.Inaddition,alargenumberofadvancedinstrumentsandequipmenthavebeendeployedinterrestrialastronomicalandatmosphericobservatories,andthecurrentlackofadvancedterahertzastro

8、nomicalandatmosphericobservationinstrumentsseverelylimitsterahertzastronomyandatmosphericsciencedevelopinginChina.Therefore,thispaperwillfocusonthefollowingpoints:1)TestofAPSOSsystemtofamiliarizewithandunderstandthetechnicalrequirements