《约瑟夫森结理论及法布理-帕洛特谐振腔测试系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《约瑟夫森结理论及法布理-帕洛特谐振腔测试系统设计（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要摘要T H z 波在信息通信、国家安全、医疗科学等诸多领域都具有非常广阔的应用前景。可是单个约瑟夫森结的辐射功率极小，并没有实用价值。要想得到有价值的约瑟夫森辐射，需要研究约瑟夫森结阵列及其辐射条件。与其它辐射源相比，基于约瑟夫森结阵列的辐射源不仅功耗极低，而且还具有辐射频率易于连续调节的优点。另外，对于波的检测是研究T H z 波的产生不可缺少的手段。目前，对于T H z 信号检测器件主要有室温肖特基二极管、热电子测热电阻( H E B ) 和超导约瑟夫森结等器件。因此研究超导约瑟夫森结T H z 波的产生及信号检测是很有意义的课题。在实验中我们设计的法布里一帕洛特谐振腔主要由一个半开放
2、的球面镜和一个平面镜组成。信号在平面镜和球面镜之间进行反射形成高斯分布，通过调节谐振腔使其与待测信号谐振，然后将约瑟夫森结置于谐振腔中电场强度最强处，给约瑟夫森结输入电流，两端的电压信号再输入计算机，同时也输入电流大小的信号，这样就能得到约瑟夫森结相应的特性曲线。我们利用法布里一帕洛特谐振腔来测量约瑟夫森结的直流I V 特性和毫米波辐照特性。实验室中我们使用的约瑟夫森结是由生长在双晶S r T i 0 3 基片上的T 1 2 2 1 2高温超导薄膜制作的。S r T i 0 3 基片的晶界错位角为2 4 9 ，厚度为0 5 r a m 。关键字：约瑟夫森效应F a b r y P e r o
3、t 谐振腔毫米波检测A b s t r a c tT h ea p p l i c a t i o no fT H zw a v eh a sa 、析d ef o r e g r o u n di nt h e & le ao fi n f o r m a t i o nc o m m u n i c a t i o n , n a t i o n a ls e c u r i t ya n dm e d i c i n e 1 1 1 es m a l lr a d i a t ep o w e ro ft h eJ o s e p h s o nj u n c t i o n sm e a
4、 nt h a tt h e r ei sn ov a l u ei na p p l i c a t i o n I no r d e rt oa c q u i r et h ev a l u a b l eJ o s e p h s o nr a d i c a l i z a t i o n , w es h o u l ds t u d yt h ea r r a yo fJ o s e p h s o nj u n c t i o n sa n dt h ec o n d i t i o no fr a d i c a l i z a t i o n C o m p a r e d
5、 沥mo t h e rr a d i a n tp o i n t ，w h a tb a s e do nt h ea r r a yo fJ o s e p h s o nj u n c t i o n sh a sal o wp o w e ra n da l s oh a sam e r i tt h a tt h er a d i a t ef r e q u e n c yc a nb ea d j u s t e dc o n t i n u o u s l y O nt h eo t h e rs i d e ，d e t e c t i n gt h ew a v ei s
6、t h en e c e s s a r ym e t h o do fs t u d y i n gt h eT H z A tp r e s e n t t h ed e t e c t o r sm a i n l yi n c l u d eS c h o t t k yD i o d e sw h i c hw o r ki nr o o mt e m p e r a t u r e ，H E B ，s u p e r c o n d u c t i v eJ o s e p h s o nj u n c t i o n sa n dS Oo n T I l er e s e a r
7、 c hO l lt h ef o r mc o n d i t i o no fT H zw a v eo fs u p e r c o n d u c t i v eJ o s e p h s o nj u n c t i o na n di t ss i g n a ld e t e c t i n gi sv e r ys i g n i f i c a n t n l eF a b r y - P e r o tc a v i t yw ed e s i g n e di n c l u d e ss e m i o p e n e ds p h e r i c a lm i r r
8、 o ra n dap l a n em i r r o rm a i n l y T h es i g n a lr e f l e c t sb e t w e e nt h et w om i r r o r sa n df o r mt h eG a u s sd i s t r i b u t i o n A d j u s tt h ec a v i t ya n dm a k ei tr e s o n a t ew i t ht h es i g n a lw ew i l ld e t e c t T h e np u tJ o s e p h s o nj u n c t
9、i o n so nt h ep l a c ew h e r et h ee l e c t r i cf i e l di m e n s i o ni sh e a v i e s t I n p u tt h ec u r r e n tt ot h eJ o s e p h s o nj u n c t i o n sa n dt h et w oe n dv o l t a g e sa r ei n p u t e dt ot h ec o m p u t e rw h i l et h ec u r r e n ts i g n a li sa l s oi n p u t e
10、 d , t o o A tl a s tw eg e tr e l e v a n tc u r v e s W ed e t e c t t h ed i r e c tc u r r e n tI Vc h a r a c t e r i s t i ca n dr a d i a n tc h a r a c t e r i s t i co fm i l l i m e t e rw a v ew i t ht h ei n s t r u m e n to fF a b r y - P e r o tc a v i t y I nt h el a b o r a t o r y ,
11、 t h eJ o s e p h s o nj u n c t i o n sa r em a d ef r o mT I - 2 212f i l m sw h i c hg r o wo nd o u b l e - c r y s t a l S 币0 3 ma n g l eo ft h ec r y s t a ld i s l o c a t i o no fS r T i 0 3f i l m sa n di t st h i c k n e s si s2 4 。a n d0 5 m mr e s p e c t i v e l y K e yw o r d s ：J o s
12、 e p h s o nj u n c t i o n s ，F a b r y - P e r o tc a v i t y , S r T i 0 3f i l m s第一章绪论第一章绪论第一节T H z 波简介所谓T H z 波，是指频率在O 1 到I O T H z 而波长在3 0 I Im 3 舳范围内的电磁波。它的波段在微波和红外光之间，属于远红外、亚毫米波的波段。T H z 电磁波本身具有一系列特殊的优越性能，例如：T H z 电磁波的信噪比相当的高、量子能量非常的低、频率范围极宽等等。T H z 波既具有光波的直线传输特性，又能够像毫米波那样对材料具有很强的穿透能力，但同时还不
13、会对生物细胞造成伤害。目前，与T H z 波段相关的科学技术在国家安全、医疗科学、信息通信、材料科学、生命科学等诸多与国计民生密切相关的领域中都具有非常广阔的应用前景。由于T H z 波具有以上讲述的独特的优越性能。所以它的前景非常广阔。例如：T H z 电磁波可以做很好的宽带信息载体，T H z 电磁波比微波能够做到的带宽和信道数多很多，这一点特别适合做星地间、卫星间及局域网间的宽带移动通讯，可以极大地提高通信效率，增加信道容量。T H z 电磁波用于到通信中，可以获得1 0G B s 的无线传输速度，这个速度要比当前的超宽带技术快几百甚至上千倍，与可见光和红外线相比T H z 电磁波同时更
14、具有极高的方向性和非常强的穿透能力。上述的这些特点就可以使得通信能够以非常高的带宽同时又是高保密高安全性的进行数据传输。因此，T H z 电磁波一定能够在军事卫星通信领域和精确制导方面发挥更大的作用。T H z 电磁波辐射根据其自身的特点，还可以应用于疾病诊断、生物体的探测以及癌细胞的表皮成像等。在医疗卫生方面会有很大的民展空间。这是因为很多的生物大分子和D N A 分子，其自身的旋转及振动能级很多都处在T H z 波段，这一特性使得生物体对T H z 波都会具有特殊的响应，这样就很容易被T H z 波分别和检测出来。使得T H z 电磁波在疾病诊断和生物体的探测方面都会发挥巨大的作用。利用T
15、 H z 电磁波自身具有的非常强的穿透能力，T H z 电磁波辐射还可以用于生物以及化学物质等的探测、污染物检测等方面，通过对植物、动物的组织结构进行成像，就可以获得生物组织新鲜程度的相关信息，此项技术可监控食品的保鲜和进行食品的加工过程进行检测。还可以用此项技术检测( s e e 2 th r o u g h 2 th e 2 w a l l ) 隐藏在箱包中的材料以及民用设备中的特殊物质，例如毒品、炸药等，这样就可以实现非接触、非破坏的探测。由于T H z 电磁波的强透射能力和低辐射能量而且对人体完全无第一章绪论害，因此这种成像技术可以替代X 射线透视仪、C T 等检测技术手段，还可以方便
16、的用于机场、港口等重要地点的安全保密检查和一些生化武器的检查等等。另外，晶体的声子频率多数也都是处于T H z 范围内的，如果激发并且检测晶体的这些频率的声子，就可以得出这些晶体的某些特征，显然这是一种新的晶体研究方法，同时，晶体的许多激子的能量绝大多娄也对应于这个T H z 波段这中。因此，T H z 技术对于材料科学的研究和发展也必将起到极大的推动作用。同时，它还将会进一步促进和提高人们对太赫兹波段及其与物质之间的相互作用等科学问题的认识。由此可见，T H z 技术在生命科学、国防、通信、医学、材料学等行业领域都具有非常可观的应用和发展前景，相信在这一领域一定会产生巨大的经济效益。相关的一些研究不仅具有广阔的应用前景，而且也会带来明显的经济效益和社会效益。可是，长时间以来，人们由于缺乏有效的T H z 波产生与检测的方法，所以人们对于该波段电磁辐射的相关性质的了解非常有限。对这一波段的研究进展相当缓慢。因此，太赫兹波段作为“电磁波段上最后一块的处女地“ ，人们甚至称之为电磁波谱中的太赫兹空隙。在T H z 的发展和应用的过程中
