Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2017, № 1 · SOLID STATE ELECTRONICS

Сверхпроводниковый интегральный приёмник: современные достижения и новые применения

N.V. Kinev1, P.N. Dmitriev1, L.V. Filippenko1, O.S. Kiselev1, E.G. Domracheva2, E.A. Sobakinskaia2, V.L. Vaks2, K. Wang3,4, V.P. Koshelets1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Russia
3 Nanjing University, Nanjing, China, China
4 Нанкинский университет, г. Нанкин, Китай, China
Full text (PDF) EDN YFZWWB

Abstract

In this paper, the latest achievements in development and applications of the superconducting integrated receiver (SIR) are presented. SIR is developed at the Kotel’nikov Institute of Radio engineering and Electronics of RAS and found many practical applications during last years. For the moment, the frequency range of receiver operation is 450 - 700 GHz, spectral resolution is about 0.1 MHz, and the best noise temperature is about 120 K, which equals a few quantum limits. During recent several years the SIR was implemented in different setups for laboratory high sensitive analysis of gas compounds, for research of spectral properties of the superconducting oscillators based on high-Tc crystals Bi2Sr2CaCu2O8+δ with very high resolution. SIR also demonstrated applicability for noise THz spectroscopy of high resolution.

  • heterodyne receiver
  • terahertz frequency range
  • integrated receiving systems
  • spectroscopy of gases
Аннотация (на русском)

Сверхпроводниковый интегральный приёмник: современные достижения и новые применения

Сверхпроводниковый интегральный приёмник (СИП) ТГц диапазона волн разработан в Институте радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН и за последние несколько лет нашёл массу практических и научных применений. В работе представлены последние достижения по разработке и применению СИП. В настоящий момент СИП работает в диапазоне 400-750 ГГц, обладает спектральным разрешением порядка 0,1 МГц и наилучшей шумовой температурой около 120 К, что составляет лишь несколько квантовых пределов. За последние годы приёмник нашёл своё применение в лабораторном высокочувствительном анализе газовых смесей, в исследовании спектральных характеристик излучения твердотельных сверхпроводниковых генераторов на основе высокотемпературных сверхпроводников Bi2Sr2CaCu2O8+δ, а также продемонстрировал возможность использования для шумовой спектроскопии высокого разрешения.

For citation

Kinev N.V., Dmitriev P.N., Filippenko L.V., Kiselev O.S., Domracheva E.G., Sobakinskaia E.A., Vaks V.L., Wang K., Koshelets V.P. Сверхпроводниковый интегральный приёмник: современные достижения и новые применения // Journal of Radio Electronics. – 2017. – No. 1.

References

  1. V.P. Koshelets, S.V. Shitov, A.B. Ermakov, O.V. Koryukin, L.V. Filippenko, A. V. Khudchenko, M. Yu. Torgashin, P. Yagoubov, R. Hoogeveen, O.M. Pylypenko. Superconducting Integrated Receiver for TELIS. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2005, vol. 15, pp. 960-963.
  2. A. de Lange, M. Birk, G. de Lange, F. Friedl-Vallon, O. Kiselev, V. Koshelets, G. Maucher, H. Oelhaf, A. Selig, P. Vogt, G. Wagner, J. Landgraf. HCl and ClO in activated Arctic air; first retrieved vertical profiles from TELIS submillimetre limb spectra. Atmospheric Measurement Techniques, 2012, Vol. 5, pp. 487-500.
  3. G.de Lange, D. Boersma, J. Dercksen, P. Dmitriev, A.B. Ermakov, L.V. Filippenko, H. Golstein, Ruud W.M. Hoogeveen, L. de Jong, A.V. Khudchenko, N.V. Kinev, O.S. Kiselev, B. van Kuik, A. de Lange, J. van Rantwijk, A.S. Sobolev, M.Yu. Torgashin, Ed de Vries, P.A. Yagoubov, V.P. Koshelets. Development and Characterization of the Superconducting Integrated Receiver Channel of the TELIS Atmospheric Sounder. Superconductor Science and Technology, 2010, Vol. 23, No 4, 045016.
  4. Киселев О.С., Кошелец В.П. "Cверхпроводниковый интегральный приемник в составе инструмента TELIS - описание и результаты исследования атмосферы в субтерагерцовом диапазоне". // Сборник докладов на III Всероссийской микроволновой конференции (25-27 ноября 2015г., Москва), 2015, стр. 78-79.
  5. Valery P. Koshelets, Pavel N. Dmitriev, Michael I. Faley, Lyudmila V. Filippenko, Konstantin V. Kalashnikov, Nickolay V. Kinev, Oleg S. Kiselev, Anton A. Artanov, Kirill I. Rudakov, Arno de Lange, G. de Lange, Vladimir L. Vaks, M. Y. Li, Huabing Wang. Superconducting Integrated Terahertz Spectrometers. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 2015, Vol. 5, No. 4, pp 687-694.
  6. V. P. Koshelets, S. V. Shitov, L. V. Filippenko, A. M. Baryshev, W. Luinge, H. Golstein, H. van de Stadt, J.-R. Gao, T. de Graauw. An Integrated 500 GHz Receiver with Superconducting Local Oscillator. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1997, Vol. 7, pp. 2905-2908.
  7. V.P. Koshelets, S.V. Shitov. Integrated Superconducting Receivers. Superconductor Science and Technology, 2000, Vol. 13, pp. R53-R69.
  8. N.V. Kinev, L.V. Filippenko, K.V. Kalashnikov, O.S. Kiselev, V.L. Vaks, E.G. Domracheva, V.P. Koshelets. Superconducting integrated terahertz receiver for spectral analysis of gas compounds. Journal of Physics: Conference Series, 2016, Vol. 741, No 1, 012169.
  9. V. L. Vaks, V. Yu. Balakirev, A. N. Panin, S. I. Pripolzin, V. P. Koshelets, O. S. Kiselev. Development of the Physical Principles of the Design and Implementation of a 500-700 GHz Spectrometer with a Superconducting Integrated Receiver. Physics of the Solid State, 2010, Vol. 52, No. 11, pp. 2241-2245.
  10. M. Li, J. Yuan, N. Kinev, J. Li, B. Gross, S. Guenon, A. Ishii, K. Hirata, T. Hatano, D. Koelle, R. Kleiner, V.P. Koshelets, H.B. Wang, P. Wu. Linewidth dependence of coherent terahertz emission from Bi2Sr2CaCu2O8 intrinsic Josephson junction stacks in the hot-spot regime. Physical Review B, 2012, Vol. 86, 060505.
  11. N.V. Kinev, L.V. Filippenko, M.Y. Li, J. Yuan, H.B. Wang, V.P. Koshelets. Spectral Properties of a Terahertz Oscillator Based on the Bi2Sr2CaCu2O8+δ Mesastructure. Radiophysics and Quantum Electronics, 2014, Vol. 56, Iss. 8-9, pp 582-590.
  12. E. Sobakinskaya, V.L. Vaks, N. Kinev, M. Ji, M.Y. Li, H.B. Wang, V.P. Koshelets. High-resolution terahertz spectroscopy with a noise radiation source based on high-Tc superconductors. Journal of Physics D: Applied Physics, 2017, Vol. 50, No. 3, 035305 (7pp).