[发明专利]一种基于信号偏置和超导氮化铌测辐射热计的检测器

说明书

技术领域

本发明涉及基于超导氮化铌测辐射热计的太赫兹波信号检测。

背景技术

目前太赫兹成像一个重大的问题是缺乏一种高灵敏度、快速响应的检测器。常用的常温检测器，比如高莱检测器、热释电检测器、肖特基二极管检测器的噪声等效功率都普遍高于10^-11W/Hz^1/2，并且响应时间在ms量级。低温检测器比如Si Bolometer,尽管它的噪声等效功率可以达到10^-12W/Hz^1/2量级，但是响应时间也有30μs，对于基于扫描方式的太赫兹主动成像来说，响应时间过长会极大地增加扫描时间，不能接近实时成像。

超导氮化铌测辐射热计，也即超导NbN HEB，由于中频增益带宽大，响应时间可以达到ps量级，并且用于太赫兹直接检测时，超导氮化铌测辐射热计的噪声等效功率可以达到被动成像的要求，因此将其用于太赫兹成像是很有潜力的。现有技术下，驱动超导氮化铌测辐射热计用于直接检测的方式有热驱动、太赫兹驱动。热驱动是通过加热将超导氮化铌测辐射热计加热到T_c附近，因为NbN HEB在T_c附近具有最高的电阻温度系数，响应最灵敏。但是这种方式需要对支撑超导氮化铌测辐射热计芯片的整个铜支架进行加热，消耗液氦很多，不利于长时间测量。同时由于保持温度的稳定比较困难，所以这种方式信号输出不稳定。太赫兹驱动是通过用太赫兹信号超导氮化铌测辐射热计芯片将其偏置到合适工作点。这种方式尽管克服了热驱动的缺点，但是需要在信号光路中加入一个分光光路，这会增加光路的复杂性。同时现有的太赫兹源价格普遍比较高，使得太赫兹驱动这种方式成本比较高。

发明内容

本发明所要解决的问题是现有技术中超导氮化铌测辐射热计应用于直接检测器的缺陷。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

一种基于信号偏置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、偏置器、直流电源、环形器、偏置信号发生器和信号放大器；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；所述偏置器为T型偏置器；所述偏置器的射频直流端口连接所述超导氮化铌测辐射热计芯片；所述偏置器的直流偏置端口连接所述直流电源；所述偏置器的射频输出端口连接所述环形器；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偏置信号发生器；所述环形器的第二端口连接所述偏置器的射频输出端口；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；所述偏置信号发生器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；所述红外滤波器用于过滤掉进入所述低温杜瓦内的红外电磁波。

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偏置信号发生器之间，用于减小环境噪声对芯片的干扰。

进一步，所述信号放大器为低温放大器；所述信号放大器、偏置器、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。

本发明的技术效果如下：本发明的一种基于信号偏置和超导氮化铌测辐射热计的检测器由直流电源的偏置电流和偏置信号发生器进行驱动，克服了现有技术中的热驱动、太赫兹驱动的缺陷，从而使得基于超导氮化铌测辐射热计的检测器具有了商业化应用的前景。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。