【摘 要】
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太赫兹(terahertz,THz)波,是指频率分布在0.1 THz到10 THz之间的电磁波,由于其在电磁波频谱上的特殊位置而具有很大的理论研究价值以及实际应用前景。长久以来,由于缺少稳定的连续波太赫兹源,以及缺少有效的太赫兹波检测技术,太赫兹波的研究与应用一直处于一个缓慢的境地,一度被人们称为“太赫兹空白”,目前国内外已有较快的发展。约瑟夫森结作为超导电子学的基本元器件,由两个弱耦合的超导体构
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太赫兹(terahertz,THz)波,是指频率分布在0.1 THz到10 THz之间的电磁波,由于其在电磁波频谱上的特殊位置而具有很大的理论研究价值以及实际应用前景。长久以来,由于缺少稳定的连续波太赫兹源,以及缺少有效的太赫兹波检测技术,太赫兹波的研究与应用一直处于一个缓慢的境地,一度被人们称为“太赫兹空白”,目前国内外已有较快的发展。约瑟夫森结作为超导电子学的基本元器件,由两个弱耦合的超导体构成,其具有宏观量子效应。当两块超导体中间夹着一块适当厚度的绝缘体时,即便在结的两端没有电压降,超导电流亦可以无损的穿过绝缘体,此即直流约瑟夫森效应。当通过约瑟夫森结的电流逐渐增大而超过其临界电流时,结的两端将会形成电势差,此时通过约瑟夫森结的电流是一个随时间变化的交变电流,振荡频率f=2ev/h,相当于在约瑟夫森结两端加1 mV电压时,即可产生484 GHz的频率,因此约瑟夫森结是一种理想的电压-频率转换器。可以说,约瑟夫森效应的发现是超导电子学的重要里程碑,因此围绕约瑟夫森结的研究具有很重要的意义。基于约瑟夫森效应,超导约瑟夫森结具有很高的应用价值,例如:使用超导材料制备高性能的太赫兹辐射源以及具备高灵敏度的太赫兹检测器。高温超导体(high temperature superconductor,HTS)主要是指临界温度在液氮温度(77 K)以上超导的材料。由于高温超导材料具备较传统超导材料更高的能隙,因此使用高温超导材料制备的太赫兹源与检测器具备频率广、工作温度高等优点。高温超导Bi2Sr2CaCu2O8+δ(BSCCO)的单晶是一种天然形成的本征约瑟夫森结阵,可用于制备高温超导太赫兹源和太赫兹检测器。基于高温超导体的辐射源与检测器已经具有很高的应用价值,然而由于测试系统的限制,目前仍然缺乏一种便携性强、轻便小巧的可移动测试系统,因此本文针对这点展开了研究,首先对新型BSCCO高温超导约瑟夫森微桥结进行了相应研究,该器件对于制备新型SQUID以及SQIF具有一定启发作用,约瑟夫森结本身也可以作为一种直接或外差太赫兹波检测器。其次基于C376型制冷机,搭建了一套高温超导器件测试系统,并进行了BSCCO太赫兹辐射源的测试,验证了该系统的可用性。最后本文基于混频器原理,使用双面工艺制备的BSCCO本征结检测器对约110GHz的太赫兹波进行了混频检测,混频次数最高达到了67次,证明该套测试设备已经实现了从太赫兹波的辐射到检测的全部功能。
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