Матрица кольцевых антенн с криогенными болометрами диапазона 345 ГГц в интегрирующей полости
Abstract
Series and parallel arrays of ring antennas with bolometers of superconductor-insulator-normal metal-insulator-superconductor (SINIS) structures are designed, manufactured and experimentally studied. The samples are matched to the external radiation in the range of 250-380 GHz by an input conical horn, a circular waveguide with a diameter of 0.9 mm and an integrating cavity in the form of a conical horn with a counter-reflector (backshort). Spectral characteristics of such devices are numerically modelled and measured using Backward Wave Oscillator radiation source. The use of an antireflection coating on a silicon substrate improves the sensitivity and uniformity of the spectral response. The measurements were carried out in a dilution cryostat at temperatures in the range of 80-350 mK. For a series array of 25 antennas with bolometers, the voltage responsivity to blackbody radiation approaches 3·109 V/W; the linear response observed for the input power up to 5 pW. Current responsivity for a matrix of 25 parallel antennas with bolometers is 2·104 A / W. Noise equivalent power in both cases was in the range of (3…5) ·10-17 W/Hz1/2.
- Cryogenic Bolometer
- integrating sphere
- distributed absorber
- MM and SubMM waves
- cryogenic receivers for radio astronomy
Аннотация (на русском)
Матрица кольцевых антенн с криогенными болометрами диапазона 345 ГГц в интегрирующей полости
Разработаны, изготовлены и измерены последовательные и параллельные матрицы кольцевых антенн с болометрами структуры сверхпроводник - изолятор - нормальный металл - изолятор - сверхпроводник (СИНИС). Образцы согласованы с внешним излучением диапазона 250-380 ГГц входным коническим рупором, круглым волноводом диаметром 0.9 мм и интегрирующей полостью в виде конического рупора с контррефлектором. Проведен численный расчет и измерены спектральные характеристики таких устройств. Применение антиотражающего покрытия на кремниевой подложке позволило улучшить чувствительность и однородность спектрального отклика. Измерения проведены в криостате растворения при температурах 80-350 мК. Для последовательной матрицы из 25 антенн с болометрами чувствительность по напряжению на излучение черного тела достигает 3·109 В/Вт; линейный отклик для входной мощности составляет более 5 пВт. Токовая чувствительность для матрицы из 25 параллельно соединенных антенн с болометрами составляет 2·104 A/Вт. Эквивалентная шуму мощность в обоих случаях составляла (3…5) ·10-17 Вт/Гц1/2.
For citation
Tarasov M.A., Makhashabde S., Gunbina A.A., Fominskii M.I., Iusupov R.A., Ermakov A.B., Chekushkin A.M., Sobolev A.S., Edelman V.S., Mansfeld M.A., Vdovin V.F. Матрица кольцевых антенн с криогенными болометрами диапазона 345 ГГц в интегрирующей полости // Journal of Radio Electronics. – 2018. – No. 1.
References
- S.Mahashabde, A.Sobolev, A.Bengtsson, D.Andren, M.Tarasov, M.Salatino, P. de Bernardis, S.Masi, L.Kuzmin, A frequency selective surface based focal plane receiver for the OLIMPO balloon-borne telescope, IEEE Trans. on Terahertz Science and Technolgy, vol. 5, No 1, 2015, pp. 145-152, DOI 10.1109/TTHZ.2014.2362010.
- S.Mahashabde, A.Sobolev, M.Tarasov, G.Tsydynzhapov, L.Kuzmin, Planar frequency selective bolometric array at 350 GHz, IEEE Trans. on Terahertz Science and Technolgy, vol. 5, No 1, 2015, pp. 37-43, DOI 10.1109/TTHZ.2014.2377247.
- S.Mahashabde, M.Tarasov, M.Salatino, A.Sobolev, S.Masi, L.Kuzmin, P. de Bernardis, A distributed-absorber cold-electron bolometer single pixel at 95 GHz, Appl. Phys. Lett., 107, 092602 (2015), doi: 10.1063/1.4929604.
- J.-M. Lamarre, J.-L. Puget, P. Ade, F. Bouchet, G. Guyot, A. Lange, F. Pajot, A. Arondel, K. Benabed, J.-L. Benny, et al., Planck prelaunch status: The HFI instrument, from specification to actual performance, Astronomy and Astrophysics, vol 520, 2010.
- Integrating spheres, PIKE Technologies, www.piketech.com