超高灵敏度太赫兹超导探测器

“战略前沿新技术——太赫兹出版工程”是华东理工大学出版社重大学术出版项目，得到了中国科学院雷啸霖院士、中国工程院庄松林院士等国内知名专家学者的大力支持。丛书总主编曹俊诚，中科院上海微系统与信息技术研究所研究员，国家杰出青年基金获得者（2004）、中科院“百人计划”入选者（2009）、国务院政府特殊津贴获得者、国家科技部重大仪器专项首席科学家。丛书共14分册，具体分为太赫兹源、太赫兹探测及太赫兹应用三大部分，阐释太赫兹测试过程中的各种前沿技术，详细介绍太赫兹基础性能研究以及太赫兹技术在国防、安全、通信、医疗、天文等诸多领域的应用，结合创作者多年的相关研究成果和实践经验，借鉴和归纳总结国内外相关研究领域专家学者和科研人员的研究成果，是国内首套全面、详细介绍太赫兹技术的原创丛书，代表了国内一流研究水平，为该领域专业人员提供关键技术参考，旨在加强优选技术的研发、推广和应用。本书为“战略前沿新技术——太赫兹出版工程”05分册，全书采用80克雅质纸，彩色印刷。本书主要介绍四种超导探测器：超导隧道结（SIS）和超导热电子（HEB）混频器，超导动态电感探测器（MKID）和超导相变边缘探测器（TES）。其中前两种主要用于高光谱分辨率相干探测，后两种主要用于大规模阵列成像探测。具体内容包括四种超导探测器的基本原理、物理特性、设计分析方法及应用等。

本书主要介绍四种超导探测器：超导隧道结（SIS）和超导热电子（HEB）混频器，超导动态电感探测器（MKID）和超导相变边缘探测器（TES）。其中前两种主要用于高光谱分辨率相干探测，后两种主要用于大规模阵列成像探测。具体内容包括四种超导探测器的基本原理、物理特性、设计分析方法及应用等。本书可供从事太赫兹频段高灵敏度探测的研究人员和相关工程技术人员使用，也可作为高等院校相关专业的参考用书。

1 超导隧道结混频器001
1.1 引言003
1.2 超导量子混频理论007
1.2.1 超导基本理论007
1.2.2 约瑟夫森效应013
1.2.3 经典混频理论016
1.2.4 超导隧道结准粒子隧穿效应024
1.2.5 量子混频理论029
1.3 超导隧道结单片集成调谐技术033
1.3.1 Mattis Bardeen理论及表面阻抗033
1.3.2 超导隧道结调谐和阻抗变换电路035
1.4 超导隧道结混频器芯片制备工艺035
1.5 毫米波和亚毫米波超导隧道结混频器036
1.6 小结与展望041
2 超导热电子混频器043
2.1 引言045
2.2 超导热电子混频器基本原理045
2.2.1 超导热电子混频器原理045
2.2.2 超导热电子混频器特性050
2.3 超导热电子混频器热点模型058
2.3.1 一维热点模型058
2.3.2 非均匀吸收热点模型062
2.4 超导热电子混频器物理机制及特性066
2.4.1 超导热电子混频器量子噪声066
2.4.2 超导热电子混频器温度变化特性068
2.4.3 超导热电子混频器犜c变化特性071
2.4.4 超导热电子混频器磁场变化特性074
2.5 天线耦合超导热电子混频器077
2.5.1 1.3THz频段超导热电子混频器077
2.5.2 0.1~1.5THz超宽带超导热电子混频器082
003 目录
2.6 小结与展望084
3 超导动态电感探测器087
3.1 引言090
3.1.1 MKID发展历史及应用领域090
3.1.2 MKID芯片常用薄膜特性091
3.1.3 MKID的结构设计092
3.2 超导动态电感探测器机理及特性094
3.2.1 超导动态电感探测器基本原理094
3.2.2 超导动态电感探测器特性102
3.3 频分复用读出技术111
3.3.1 超导探测器读出技术111
3.3.2 MKID频分复用读出技术112
3.3.3 32像元×32像元MKID频分复用读出电路116
3.4 32像元×32像元超导动态电感探测器阵列118
3.4.1 探测器阵列仿真设计119
3.4.2 探测器阵列芯片制备121
3.4.3 探测器阵列特性125
3.5 小结与展望140
4 超导相变边缘探测器141
4.1 引言143
4.2 辐射热探测器基本原理145
4.3 超导相变边缘探测器机理及特性150
4.3.1 超导相变边缘探测器基本原理150
4.3.2 超导相变边缘探测器噪声155
4.3.3 超导相变边缘探测器复阻抗159
4.4 单像元超导相变边缘探测器160
4.4.1 单层膜超导相变边缘探测器160
4.4.2 双层膜超导相变边缘探测器164
4.4.3 合金膜超导相变边缘探测器165
超高灵敏度太赫兹超导探测器004
4.5 大规模超导相变边缘探测器阵列166
4.5.1 超导相变边缘探测器阵列167
4.5.2 超导相变边缘探测器阵列读出电路168
4.5.3 8像元×8像元超导相变边缘探测器阵列176
4.5.4 256像元超导相变边缘探测器阵列180
4.6 超导相变边缘单光子探测器182
4.6.1 超导相变边缘单光子探测器特性182
4.6.2 钨超导相变边缘单光子探测器184
4.6.3 钛超导相变边缘单光子探测器186
4.6.4 钛金超导相变边缘单光子探测器190
4.7 小结与展望191
5 量子级联激光器与超导热电子混频器集成技术研究193
5.1 引言195
5.2 太赫兹量子级联激光器基本原理197
5.2.1 太赫兹量子级联激光器电子输运特性198
5.2.2 太赫兹量子级联激光器谐振腔特性201
5.3 太赫兹量子级联激光器辐射特性及调控203
5.3.1 太赫兹量子级联激光器波束特性203
5.3.2 太赫兹量子级联激光器频率特性209
5.3.3 太赫兹量子级联激光器功率特性212
5.4 太赫兹量子级联激光器与超导热电子混频器的集成技术213
5.4.1 2.5/2.7THz频段高集成度超导接收机213
5.4.2 2.9/3.5THz频段基于量子级联激光器的高分辨率频谱仪216
5.4.3 30THz频段基于量子级联激光器的高分辨率频谱仪228
5.5 小结与展望232
参考文献233
索引243