应用于远红外到X射线波段的低温超导光子探测器技术研究
批准号:
10933005
项目类别:
重点项目
资助金额:
218.0 万元
负责人:
史生才
依托单位:
学科分类:
A1902.射电天文技术和方法
结题年份:
2013
批准年份:
2009
项目状态:
已结题
项目参与者:
单文磊、张文、娄铮、林镇辉、李婧、缪巍、钟家强、周康敏、任远
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中文摘要
近年来发展的低温超导光子探测器可适用于很宽的电磁波段,且具有高能量分辨率、高量子效率和响应时间快等特征,在毫米波亚毫米波至高能X射线频段的天文观测研究中正发挥越来越重要的作用。考虑到我国天文学研究发展的需求,本申请项目拟在远红外及X射线波段重点研究两种有重要应用前景但各有特点的低温超导光子探测器:超导相变边缘结探测器(TES)和超导电感探测器(KID)。该项研究将包括超导探测器件的设计及制备技术、实验表征技术、以及读出电路复用和阵列应用技术,并将实现一个10×10二维探测器原理芯片的研制。通过该项研究,将对上述频段的低温超导光子探测器的物理机制有进一步的理解,具备相应的探测器设计能力和系统集成经验,实现两种超导探测器技术在我国的突破,为发展我国的南极天文和空间天文计划打下重要技术基础。
英文摘要
本项目主要研究了超导TES和KID探测器在远红外及X射线频段的探测机理及特性,以及两种超导探测器件的设计和制备方法,实现了一个二维超导探测器阵列原理芯片的研制,其性能达到了国际同类探测器的水平,为研制我国的天文应用超导探测器阵列芯片打下关键技术基础。本项目取得的主要研究进展包括:成功构建了一套亚K低温制冷系统,其0.3K冷级最低温度可达276mK,在10W热负载下持续制冷时间可达22小时;自主研发了一套基于物理光学算法并采用多处理器并行分布式运算的大规模电磁场仿真计算软件,实现了超导探测器阵列与亚毫米波望远镜集成的复杂光学系统波束特性的快速而精确模拟仿真;提出了太赫兹辐射的非均匀吸收概念,成功模拟仿真并实验证认了超导微桥在不同频率及功率太赫兹辐射下的电阻温度转变特性,并清晰地观察到了微桥在低频辐射下从全超导态到双模式超导态的切换;成功设计并制备了850微米波段基于平面双槽天线耦合且集成absorber和thermometer的NbSi和Ti种超导TES探测器,其中后者在无信号辐照情况下在0.3K的实测噪声等效功率约为5E-17W/√Hz,接近器件的声子噪声。根据实测TES探测器件的物理参数,理论估算其能量分辨率可达34eV;成功设计并制备了850微米波段8×8像元共面波导meander传输线结构超导KID探测器阵列芯片,在100mk温区的实测谐振质量因子高达105,达到国际同类探测器相当水平。此外,还实现了频域多路复用读出系统与KID探测器阵列集成的原理试验;与俄罗斯IREE研究所合作,开展了基于超导隧道结的X射线探测器研究,所制备超导隧道结在1.5K温度下针对5.9keV光子的能量分辨率高达78eV。
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Measurement of the Spectral Response of Spiral-Antenna Coupled Superconducting Hot Electron Bolometers
螺旋天线耦合超导热电子测辐射热计光谱响应的测量
DOI:10.1109/tasc.2013.2245173
发表时间:2013-02
期刊:IEEE Transactions on Applied Superconductivity
影响因子:1.8
作者:K.M. Zhou;S.C. Shi;J.R. Gao;G. N. Goltsman
通讯作者:G. N. Goltsman
DOI:10.1088/0256-307x/28/1/010702
发表时间:2011
期刊:Chinese Physics Letters
影响因子:3.5
作者:Ren Yuan;Miao Wei;Yao Qijun;Z. Wen;Shi Shengcai
通讯作者:Ren Yuan;Miao Wei;Yao Qijun;Z. Wen;Shi Shengcai
Noise and Bandwidth of 0.5-THz Twin Vertically Stacked SIS Junctions
0.5-THz 双垂直堆叠 SIS 结的噪声和带宽
DOI:10.1109/tasc.2010.2096493
发表时间:2011-06
期刊:IEEE Trans. Appl. Supercond.
影响因子:--
作者:Jing Li;Hsian-Hong Chang;Sheng-Cai Shi;Dong Liu;Kang-Ming Zhou;MingJye Wang;Tse-Jun Chen;Chong-Wen Chen;Wei-Chun Lu;ChuangPing Chiu
通讯作者:ChuangPing Chiu
DOI:10.1109/tthz.2011.2145330
发表时间:2011-05
期刊:IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology
影响因子:3.2
作者:Wen Zhang;Jiansong Gao;M. Hajenius;W. Miao;P. Khosropanah;T. Klapwijk;S. Shi
通讯作者:Wen Zhang;Jiansong Gao;M. Hajenius;W. Miao;P. Khosropanah;T. Klapwijk;S. Shi
Phase-locking of a terahertz solid-state source using a superconducting hot-electron bolometer mixer
使用超导热电子测辐射热计混合器对太赫兹固态源进行锁相
DOI:10.1088/0953-2048/26/8/085005
发表时间:2013-08
期刊:Superconductor Science and Technology
影响因子:3.6
作者:W Miao;W Zhang;K.M. Zhou;S.L. Li;K Zhang;W.Y. Duan;Q.J. Yao;S.C. Shi
通讯作者:S.C. Shi
空间天文应用太赫兹超导接收机研制
- 批准号:--
- 项目类别:国际(地区)合作与交流项目
- 资助金额:210万元
- 批准年份:2020
- 负责人:史生才
- 依托单位:
基于Nb和NbN超导隧道结的太赫兹光子探测技术研究
- 批准号:10673033
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:47.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:史生才
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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