CN205139317U - 一种探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，包括波导管、屏蔽筒、不锈钢圆筒、充有液氮的杜瓦瓶、喇叭天线、平面反射镜和用于放置高温超导约瑟夫森结器件的样品台；所述杜瓦瓶的瓶口上盖有一上面板，不锈钢圆筒嵌套于杜瓦瓶内，屏蔽筒则套在不锈钢圆筒外；所述喇叭天线置于不锈钢圆筒内，在喇叭天线内开有一小孔，波导管的下端与该小孔紧密相连，且波导管的上端穿过上面板伸出杜瓦瓶外；所述样品台设置于不锈钢圆筒内并位于喇叭天线下方，所述平面反射镜则设置于不锈钢圆筒内并位于样品台下方。本实用新型的喇叭天线能够有效汇聚结器件辐射的电磁波，有利于提高约瑟夫森结器件辐射电磁波的功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及高温超导约瑟夫森结器件亚太赫兹电磁辐射领域，特别涉及一种使用Quasi-Optical谐振系统探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置。
背景技术
太赫兹(Terahertz，THz)/亚太赫兹(subterahertz，Sub-THz)波，通常是指频率在100GHz至10THz之间的电磁波。其中，1THz＝1012Hz。在电磁频谱中，其波段位于红外光和微波之间，频谱范围相当宽。1974年，Flemmin使用迈克耳逊干涉仪检测到包含这一频段的频谱，并第一次提出“太赫兹”这一概念。
太赫兹波在电磁波谱中占有特殊的位置，处于电子学向光子学的过渡区域。在无线电物理领域，太赫兹波被称为亚毫米波(submillimeterwave，简称为SMMW)；在光子学领域则称之为远红外辐射(farinfrared，简称为FIR)。通常，应用电子学理论研究低于太赫兹频段的电磁波；而应用光学理论研究频率高于此波段的电磁波。太赫兹技术在信息通信、物体成像、医疗诊断、卫星通讯等诸多领域具有非常重要的应用价值，但长期以来缺乏产生和检测太赫兹波的有效方法，使得该波段的电磁波应用成为空白，被称为“太赫兹空隙”(“THzGap”)。
由于高温超导约瑟夫森结具有高度非线性、高分辨率和反应速率、极高的工作频率、低功耗、低噪声等突出优点成为一种全新的量子器件，获得了广泛的研究和应用。根据交流约瑟夫森电压-频率关系fJ＝2eV/h＝V×483.6GHz/mV，电压和频率具有线性的变化关系。当在约瑟夫森结两端加几毫伏的电压，就可以得到毫米波乃至THz波电磁波辐射，同时约瑟夫森结还具有极低的噪声和功耗，是一种特性优良的太赫兹波信号源，对他的研究和开发有望填补亚太赫兹频段电磁应用的空白。因此，很有必要研究这种器件的太赫兹电磁辐射及其探测技术。
虽然高温超导约瑟夫森结(阵列)内部的太赫兹振荡被很多理论和实验所证实，但是由于结器件与自由空间及外部微波电路的耦合强度太小以及阻抗不匹配，使得结阵列中的超高频电磁振荡以较大的功率辐射到外部空间非常困难，因此现有技术中，高温超导约瑟夫森结器件的电磁辐射的辐射效率低，并且对于它的辐射效率的检测也非常困难。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射效率的探测装置。利用介质谐振器和Quasi-Optical谐振腔的共同谐振，提高高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射信号耦合输出功率。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，包括波导管、屏蔽筒、不锈钢圆筒、充有液氮的杜瓦瓶、喇叭天线、平面反射镜和用于放置高温超导约瑟夫森结器件的样品台；所述杜瓦瓶的瓶口上盖有一上面板，不锈钢圆筒嵌套于杜瓦瓶内，屏蔽筒则套在不锈钢圆筒外；所述喇叭天线置于不锈钢圆筒内，在喇叭天线内开有一小孔，波导管的下端与该小孔紧密相连，且波导管的上端穿过上面板伸出杜瓦瓶外；所述样品台设置于不锈钢圆筒内并位于喇叭天线下方，所述平面反射镜则设置于不锈钢圆筒内并位于样品台下方。高温超导约瑟夫森结器件(样品)由基片和集成在表面的约瑟夫森结(阵列)组成，平面反射镜与喇叭天线构成Quasi-Optical谐振腔，把基片作为介质谐振器，并与Quasi-Optical谐振腔结合，借助两个谐振器的共同作用，当两个谐振器共同谐振时，可实现加强结阵列与外部检测电路的有效耦合，提高结器件亚太赫兹高频电磁辐射的效率。
为了可以调节喇叭天线伸入杜瓦瓶的长度，进而调节Quasi-Optical谐振腔的腔长，上述方案优选的，还包括设置于上面板上方的固定面板，该固定面板通过波导管上下调节器连接于上面板上方，所述波导管上端穿过该固定面板。
上述方案优选的，所述波导管上下调节器为螺旋测微器，包括左螺旋测微器和右螺旋测微器。
为了可以调正高温超导约瑟夫森结器件(样品)在Quasi-Optical谐振腔中的位置，上述方案优选的，还包括连接杆和设置于上面板上方的固定面板，所述连接杆下端与样品台连接，上端穿过上面板和固定面板、并通过样品台上下调节器与固定面板连接。
上述方案优选的，所述样品台上下调节器为样品台螺旋测微器。
上述方案优选的，所述喇叭天线的张角为5°～25°，喇叭天线的输入端直径2r为10mm～30mm，喇叭天线的输出端直径2R为15mm～55mm，喇叭天线的长度L为30mm～60mm，喇叭天线的壁厚为1mm～3mm。
上述方案优选的，所述平面反射镜的直径为15mm～55mm。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
1.喇叭天线能够有效汇聚结器件辐射的电磁波，有利于提高约瑟夫森结器件辐射电磁波的功率；
2.把基片作为介质谐振器，并与Quasi-Optical谐振腔结合，借助两个谐振器的共同作用，当两个谐振器在一起谐振时，可实现加强结阵列与外部检测电路的有效耦合，提高结器件亚太赫兹高频电磁辐射的效率；
3.通过调节Quasi-Optical谐振腔的腔长和约瑟夫森结器件与平面镜的位置，使约瑟夫森结处在电场较强的位置，达到提高结器件超高频电磁辐射效率的目的。
附图说明
图1为本实用新型装置的结构示意图。
图2为本实用新型装置的Quasi-Optical谐振腔结构示意图。
图3为本实用新型装置的Quasi-Optical谐振腔中喇叭天线的左视图。
图中标号为：1、波导管；2、右螺旋测微器；3、左螺旋测微器；4、样品台螺旋测微器；5、固定面板；6、上面板；7、液氮；8、屏蔽筒；9、不锈钢圆筒；10、杜瓦瓶；11、喇叭天线；12、样品台；13、平面反射镜；
L、喇叭天线的长度，喇叭天线的张角，2r、喇叭天线的输入端直径，2R、喇叭天线的输出端直径。
具体实施方式
本实用新型为一种探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，包括波导管1、屏蔽筒8、不锈钢圆筒9、杜瓦瓶10、喇叭天线11、平面反射镜13和用于放置高温超导约瑟夫森结器件(样品)的样品台12，其中，波导管1为矩形波导管，屏蔽筒8两端均开口的圆柱形结构，不锈钢圆筒9均为下端闭合上端开口的圆柱形结构。所述杜瓦瓶10的瓶口上盖有一上面板6，不锈钢圆筒9嵌套于杜瓦瓶10内，并且杜瓦瓶10内充满了液氮7，使约瑟夫森结器件工作在液氮7温度下。所述屏蔽筒8套在不锈钢圆筒9外，用来减少外界电磁杂波的干扰。所述喇叭天线11置于不锈钢圆筒9内，在喇叭天线11内开有一矩形小孔，波导管1的下端与该小孔紧密相连，且波导管1的上端穿过上面板6伸出杜瓦瓶10外；所述样品台12设置于不锈钢圆筒9内并位于喇叭天线11正下方，所述平面反射镜13则设置于不锈钢圆筒9内并位于样品台12正下方。
在上面板6上方设置有一固定面板5，该固定面板5通过左螺旋测微器3和右螺旋测微器2连接于上面板6上方，所述波导管1上端穿过该固定面板5，通过调节左螺旋测微器3和右螺旋测微器2，可以调节波导管1伸入杜瓦瓶10的长度，进而调节Quasi-Optical谐振腔的腔长。所述样品台12还与一连接杆下端连接，连接杆上端则穿过上面板6和固定面板5、并与样品台螺旋测微器4连接，使得可以通过调节样品台螺旋测微器4来调节调节样品台12的位置，使约瑟夫森结处在电场较强的位置。
所述喇叭天线11的张角为5°～25°，喇叭天线11的输入端直径2r为10mm～30mm，喇叭天线11的输出端直径2R为15mm～55mm，喇叭天线11的长度L为30mm～60mm，喇叭天线11的壁厚为1mm～3mm。所述平面反射镜13的直径为15mm～55mm。
本实用新型将约瑟夫森结器件嵌入Quasi-Optical谐振腔，通过调节左螺旋测微器3、右螺旋测微器2、样品台螺旋测微器4，把约瑟夫森结器件调节到距离平面镜λ/4(λ为腔内电磁波的波长)位置处，此时结正好处在电场较强的波腹位置，从而加强结器件与外部电场的耦合，提高高温超导约瑟夫森结器件太赫兹/亚太赫兹波的电磁辐射效率。
本实用新型工作时：
将高温超导约瑟夫森结器件安装到样品台12上之后，用不锈钢圆筒9将Quasi-Optical谐振腔密封，并在外面套一层屏蔽筒8后浸没在液氮7中。当约瑟夫森结器件产生辐射或者被外加微波辐照时，基片材料就相当于一个受到外加电磁波激励而发生谐振的介质谐振器。约瑟夫森结阵列辐射的电磁波首先耦合进入基片，并在基片内发生谐振，然后通过介质谐振器发射到Quasi-Optical谐振腔内，基片内的电磁场进入Quasi-Optical谐振腔，并在Quasi-Optical谐振腔中发生谐振，形成驻波，再通过喇叭天线、波导管1将辐射电磁波导出。借助两个谐振器的共同作用，提高高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射信号耦合输出功率。
Claims (7)
1.一种探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，其特征在于：包括波导管(1)、屏蔽筒(8)、不锈钢圆筒(9)、充有液氮的杜瓦瓶(10)、喇叭天线(11)、平面反射镜(13)和用于放置高温超导约瑟夫森结器件的样品台(12)；所述杜瓦瓶(10)的瓶口上盖有一上面板(6)，不锈钢圆筒(9)嵌套于杜瓦瓶(10)内，屏蔽筒(8)则套在不锈钢圆筒(9)外；所述喇叭天线(11)置于不锈钢圆筒(9)内，在喇叭天线(11)内开有一小孔，波导管(1)的下端与该小孔紧密相连，且波导管(1)的上端穿过上面板(6)伸出杜瓦瓶(10)外；所述样品台(12)设置于不锈钢圆筒(9)内并位于喇叭天线(11)下方，所述平面反射镜(13)则设置于不锈钢圆筒(9)内并位于样品台(12)下方。
2.根据权利要求1所述的探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，其特征在于：还包括设置于上面板(6)上方的固定面板(5)，该固定面板(5)通过波导管(1)上下调节器连接于上面板(6)上方，所述波导管(1)上端穿过该固定面板(5)。
3.根据权利要求2所述的探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，其特征在于：所述波导管(1)上下调节器为螺旋测微器，包括左螺旋测微器(3)和右螺旋测微器(2)。
4.根据权利要求1所述的探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，其特征在于：还包括连接杆和设置于上面板(6)上方的固定面板(5)，所述连接杆下端与样品台(12)连接，上端穿过上面板(6)和固定面板(5)、并通过样品台(12)上下调节器与固定面板(5)连接。
5.根据权利要求4所述的探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，其特征在于：所述样品台(12)上下调节器为样品台螺旋测微器(4)。
6.根据权利要求1所述的探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，其特征在于：所述喇叭天线(11)的张角为5°～25°，喇叭天线(11)的输入端直径2r为10mm～30mm，喇叭天线(11)的输出端直径2R为15mm～55mm，喇叭天线(11)的长度L为30mm～60mm，喇叭天线(11)的壁厚为1mm～3mm。
7.根据权利要求1所述的探测高温超导约瑟夫森结器件电磁辐射的装置，其特征在于：所述平面反射镜(13)的直径为15mm～55mm。
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