ГЕТЕРОДИННЫЙ ПРИЕМНИК СО СВЕРХПРОВОДНИКОВЫМ СМЕСИТЕЛЕМ НА ЭФФЕКТЕ ЭЛЕКТРОННОГО РАЗОГРЕВА ДЛЯ СРЕДНЕГО ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА

 

 

И. В. Пентин ¹, Ю. Б. Вахтомин ¹, К. В. Смирнов ^1,2, Н. С. Каурова ¹, Г. Н. Гольцман ^1,2 

¹ Московский педагогический государственный университет, 118435, Москва, ул. Малая Пироговская, 29

² Московский институт электроники и математики Национального исследовательского университета Высшая школа экономики, 109028, Москва

 

Статья поступила в редакцию 11  октября 2017 г., после доработки – 27 октября 2017 г.

 

Аннотация. В работе представлены результаты по созданию гетеродинного преемника на основе сверхпроводникового смесителя на эффекте электронного разогрева (Hot Electron Bolometer (HEB) mixer), в котором реализовано прямое согласование излучения среднего инфракрасного диапазона с чувствительным NbN элементом HEB-смесителя, без использования планарной металлической антенны. Без рассмотрения оптических и электрических потерь в сигнальном тракте гетеродинного приемника были проведены исследования шумовых характеристик NbN HEB-смесителя на частоте гетеродина 28.4 ТГц (λ = 10.6 мкм), в качестве которого был использован газоразрядный CO₂ лазер непрерывной генерации. Температура шума NbN HEB-смесителя с размером чувствительного элемента 10 мкм × 10 мкм, определенная методом измерения Y-фактора и с учетом члена, описывающим флуктуации нулевых колебаний, в соответствии с диссипативной теоремой Каллена-Вельтона, составила 2 320 K (~ 1.5hν/k_B) на частоте гетеродина 28.4 ТГц. Изотермическим методом проведена оценка поглощенной мощности излучения гетеродинного источника в оптимальной по температуре шума рабочей точке для указанного NbN HEB-смесителя, которая составила 9 мкВт.

Ключевые слова: NbN пленка, эффект электронного разогрева в сверхпроводниках, приемники электромагнитного излучения.

Abstract. The work presents the result of development of the NbN superconducting hot-electron-bolometer (HEB) mixer. The sensitive element of the mixer is directly coupled to mid-IR radiation, and doesn’t have planar metallic antenna. Investigations of noise characteristics of NbN HEB mixer were performed at the frequency 28.4 THz (λ = 10.6 µm) by using gas-discharge CW CO₂-laser without consideration of optical and electrical losses in the heterodyne receiver. The noise temperature of NbN HEB mixer with the size of the sensitive element 10 µm × 10 µm was 2320 K (~ 1.5hν/k_B) at the heterodyne frequency of 28.4 THz. The noise temperature was determined by measuring the Y-factor taking into account the term which describes fluctuations of zero-point oscillations in accordance with the fluctuation-dissipation theorem of Calle-Welton. Isothermal method was used to estimate the absorbed heterodyne radiation power which was 9 µW at the optimal operating point for the minimum noise temperature of NbN HEB mixer.

Keywords: NbN film, hot-electron effect in superconducting, receivers of electromagnetic radiation.

Ссылка на статью:

И. В. Пентин, Ю. Б. Вахтомин, К. В. Смирнов, Н. С. Каурова, Г. Н. Гольцман. Гетеродинный приемник со сверхпроводниковым смесителем на эффекте электронного разогрева для среднего инфракрасного диапазона. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №10. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/oct17/9/text.pdf