[发明专利]一种太赫兹波探测器

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波探测技术领域，更具体地，涉及基于超导材料的太赫兹波探测器。

背景技术

太赫兹(THz)辐射是从0.1THz到10THz(光子能量从0.41meV到41.4meV，波长从30μm到3mm)的电磁辐射，它介于红外和微波辐射之间，是光子学技术与电子学技术、宏观与微观的过渡区域。THz波段是一个非常具有科学价值但尚未开发利用的电磁辐射区域，其研究涉及物理学、光电子学及材料科学等，在成像、医学诊断、环境科学、信息、国家安全及基础物理研究领域有着广阔的应用前景和应用价值。在太赫兹波段的开发和利用中，对太赫兹信号的检测是一项非常重要的工作。与较短波长的光学波段电磁波相比，太赫兹波光子能量低，背景噪声通常占据显著地位，因此不断提高接收灵敏度则成为必然的要求。

目前，已有利用超导材料来进行太赫兹波的探测，例如基于超导材料隧道结结构、超导材料微桥结构、超导材料偶极天线结构的探测方案。但是，这些方案结构复杂、制造成本较高。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种新的基于超导材料的太赫兹波探测器。本发明的另一目的在于提供一种灵敏度及信噪比高、噪声等效功率低的太赫兹波探测器。本发明的再一目的在于提供一种结构简单、稳定性好的太赫兹波探测器。本发明的又一目的在于提供一种特别适合探测低功率、束斑大的太赫兹波辐射源的太赫兹波探测器。

本发明是通过以下方案实现的：

一种太赫兹波探测器，用于探测来自太赫兹波辐射源的太赫兹波，所述太赫兹波探测器包括：衬底；和附着在所述衬底上的超导材料薄膜；其中，所述超导材料薄膜为单条以曲折且紧凑的方式在所述衬底上延伸的长程线条型结构；所述超导材料薄膜在工作过程中处于其超导转变温区内并接受待探测太赫兹波的直接照射，并且通过所述超导材料薄膜吸收太赫兹波的热辐射而使电阻发生显著变化来探测所述太赫兹波。

优选地，所述超导材料薄膜的材料为铌。

优选地，所述超导材料薄膜的厚度在1～20nm之间。

优选地，所述超导材料薄膜的线条宽度可以在1～30μm之间。

在一种实施方式中，在所述衬底的设置有超导材料薄膜的区域的至少一部分中，单位平方毫米面积上所述超导材料薄膜的线条长度大于20mm。

在一种实施方式中，在所述衬底的设置有超导材料薄膜的区域的至少一部分中，单位面积上超导材料薄膜所占面积大于40％。

在一种实施方式中，本发明的太赫兹波探测器还包括低温恒温器，其容纳所述衬底和超导材料薄膜并能够提供使得所述超导材料薄膜处于超导转变温区的温度；其中，所述低温恒温器设有窗口，待探测的太赫兹波能够穿过所述窗口直接照射到所述超导材料薄膜上。当所述超导材料薄膜的材料为铌时，所述低温恒温器提供的温度为4～10K。

在一种实施方式中，所述待探测的太赫兹波经调制后照射在探测器的超导材料薄膜上；所述待探测的太赫兹波的调制频率为13～1333Hz。

在一种实施方式中，本发明的太赫兹波探测器还包括探测电路，所述探测电路连接在所述长程线条型结构的超导材料薄膜的两端；其中，所述探测电路向所述超导材料薄膜提供直流偏置电流使超导材料薄膜处于超导转变温区，并探测超导材料薄膜两端的电压。当所述超导材料薄膜的材料为铌时，所述探测电路提供大小为10～200μA的直流偏置电流。

本发明的太赫兹波探测器采用超导材料作为太赫兹辐射的直接热吸收体，具有灵敏度及信噪比高、噪声等效功率低，结构简单、成本低，稳定性好的优点；特别适合探测低功率、束斑大的太赫兹波辐射源。

附图说明

图1为按照本发明一个实施例的太赫兹波探测器的结构示意图。

图2为按照本发明一个实施例的太赫兹波探测器的超导材料薄膜长程线条型结构示意图。

图3为图2中的超导材料薄膜长程线条型结构的局部放大图。

图4为按照本发明一个实施例的铌薄膜长程线条型结构的电阻温度曲线。

具体实施方式

下面结合附图来详细说明本发明。