吳培亨  陳健   

南京大學超導電子學研究所

 
         為了檢測太赫茲波段的超短脈沖，目前大多采用光導取樣或自由空間電光取樣的方法；而對于太赫茲波段連續信號的檢測，則有多種方案可用，應根據靈敏度方面的要求，因事制宜作出選擇。采用超導技術檢測太赫茲信號，可以獲得迄今為止最高的靈敏度，但有關的系統必須工作在極低的溫度。

         本文主要著眼于連續波信號的檢測，討論幾種主要方法及其優缺點，并就今后的研究提出一些建議。
對于頻率稍低兒譜線分辨率十分重要的場合，大多采用超外差式檢測器，其中有：
         a)  室溫肖特基二極管混頻器，目前的一般水平是本振功率為毫瓦的量級，輻射計的最小可檢測溫度是0.05K(500GHz)或0.5K(2500GHz)，積分時間1秒，帶寬1GHz。今后應著重于降低其噪聲和所需的本振功率。
         b)  超導體一絕緣體一超導體(SIS)結混頻器，其特點是噪聲溫度接近量子極限(10倍以內)、所需本振功率小(微瓦的量級)、并可能獲得變頻增益等。以之為前端的接收機多用在100一700 GHz的頻率范圍，最近已推進到1200 GHz。
         c)  超導熱電子測輻射計(HEB)混頻器，以Nb，NbN，NbTiN，A1，YBCO等材料制成尺寸為微米量級的微橋，作為混頻器使用時，中頻可以達到幾千兆。目前工作頻率已高達5THz，噪聲溫度約為量子極限的10倍左右，本振功率l－100nW的量級。
        對于頻率更高但并不需要極高的譜線分辨率的場合，可以用直接檢測器，如
       a)室溫的直接檢測器，  種類很多，如：肖特基二極管平方率檢測器；鉍測熱電阻；高蘭泡；聲測熱電阻；微測熱電阻；快速量熱計；等等。這類直接檢測器使用方便，但靈敏度不高(幾微伏)、標定困難、響應時間約為秒的量級。
       b)冷卻的直接檢測器，如：液氦冷卻的硅、鍺或InSb復合測輻射計；超導轉變邊緣測輻射計；超導一絕緣一正常金屬(SIN)隧道結復合測輻射計；超導熱電子測輻射計(HEB)等。噪聲等效功率(NEP)各異，從10^-13W／√Hz的量級到10^-17或10^-18W／√Hz的量級，甚至高達10^-20W／√Hz。在這方面，我們今后的工作應該是：提出新型的結構類型或改進國際上雖己著手研究但尚有許多改進余地的器件。
        從整體上看，今后應鼓勵研究太赫茲信號與物質的相互作用，從中發現新的物理效應，據以研制太赫茲信號檢測器；此外，還應注意研究太赫茲波段頻譜議，用于信號的測量和分析。