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射电天文学研究的进展很大程度上取决于观测灵敏度和观测分辨率的提高,因此高灵敏度(低噪声)检测技术一直都是射电天文技术的重大挑战之一。超导SIS(Superconductor-Insulator-Superconductor)检测技术是八十年代初新兴的低噪声检测技术。卓越的低噪声性能已使其成为毫米波和亚毫米波段灵敏度最高的谱线接收设备,是射电天文及大气物理研究中分子谱线观测的首选手段,也是很多亚毫米波射电天文计划及大气物理研究计划的核心技术之一。
表征超导SIS探测器(混频器)的性能一般采用测量噪声温度的方法。测量探测器的噪声温度特性需要一个本振源。众所周知,在亚毫米波频段,本振源(特别是固态源)的频率覆盖范围和本振功率常常不能满足实际测量的需求,从而难以表征探测器完整的频率特性。相比较而言,傅里叶变换频谱仪(FourierTransform Spectrometry or Spectroscopy,FTS)方法采用直接检波技术,具有可以覆盖很宽频率范围且不需要本振源的特点,从而成为表征亚毫米波探测器频率特性的一个有效手段。
傅立叶变换频谱仪以迈克尔逊干涉仪或Martin-Puplett干涉仪为基本结构,记录信号的干涉条纹强度数据,应用计算机对光程差-干涉强度数据(OPD VSIntensity)进行快速傅立叶变换而得到频谱。
由于计算机技术的发展,数据的处理量极大的增加、处理时间极大的缩小,傅立叶变换频谱仪实验的干涉图变换到频谱不再需要大型计算机。因此,FTS系统最近几十年在科学和工业界都得到了非常广泛的应用。
我们以迈克尔逊干涉仪为基本结构,设计研制了一套小型化的工作在100GHz~5THz的傅立叶变换频谱仪系统。利用500GHz频段NbN超导SIS隧道结作为探测器,点频测试了该FTS系统的性能,并利用该FTS系统测试了NbN超导SIS混频器和Nb超导SIS混频器频率响应特性;其次我们对NbN超导SIS隧道结直接检波特性进行了实验,测试电流响应(率)、散射噪声、噪声等效功率等。本文最后给出了POST0.5-THz超导SIS接收机特性实验测试结果。