高温超导太赫兹辐射源的性能研究

论文摘要

由高温超导Bi2Sr2CaCu2O8（BSCCO）本征约瑟夫森结阵（IJJ）制备而成的太赫兹辐射源,具有频段可调谐、连续波辐射、易制备等优势,该辐射源的出现进一步地推动了太赫兹固态源性能的提升,并促进了太赫兹技术的发展。在对高温超导太赫兹辐射源的研究过程中发现,样品的辐射性能受直流偏置的影响较为显著,在不同的偏置条件—“高偏”与“低偏”下,样品所呈现的电输运、频率线宽、辐射的稳定性等特性均有差异。关于在“高偏”与“低偏”区域辐射特性的差异,相关工作机理仍有待研究,需要进一步解析超导太赫兹源在两种偏置区域的谐振机制。因此,本论文从辐射机理与实用创新角度出发,针对不同的偏置条件,对高温超导BSCCO太赫兹辐射源展开相关研究。主要研究成果如下:第一,研究在不同偏置条件下太赫兹源辐射与谐振模式之间的关系。实验发现,在“高偏”条件下,即存在“热点”的情况下,通过改变偏置电流和浴温,可以实现辐射频率连续可调。然而,在“低偏”情况下,辐射频率仅在几个离散的频率点上出现,并且离散的辐射频率的值指向（0,m）腔模式,其中m=3-6,即在很大的电压范围内,样品的辐射被锁定在同一频率点上。根据交流约瑟夫森关系可知,此时结阵上必然存在一个“额外”电压,未参与样品的相干辐射。第二,对上述实验现象,我们基于Sine-Gordon方程,并结合热扩散方程,进行数值仿真。在“高偏”区域,样品的辐射频率是连续可调的,这与实验结果是一致的。同时,数值计算给出了在“低偏”区域“额外”电压出现的原因。当结阵处于某一谐振模式时,位于结阵顶部与底部的一些IJJ并未参与谐振,且其对应的电压值相对较高,仅结阵中部的IJJ参与样品的相干辐射;随着偏置电压的改变,结阵能够自洽地调节参与谐振的结数,使其满足约瑟夫森关系。第三,高温超导BSCCO太赫兹源的谐振模式影响着其辐射功率的空间分布。因此,我们通过开发低温旋转测试系统,对太赫兹源的辐射功率的空间分布进行研究。与其它系统旋转检测器不同,该系统可以在低温下原位320°连续旋转样品（精度可达0.5°）,精密地测得样品辐射功率的空间分布。目前,利用该测试系统已成功测到样品辐射信号的空间分布趋势,这与目前已发表的结果基本一致。除此之外,我们还得到了一些新的空间分布细节,也研究了电磁谐振增强辐射功率时其空间分布的规律。样品辐射功率的空间分布的细节对研究太赫兹源的辐射机理,以及对样品结构的设计有着重要的意义。最后,除开发出上述低温旋转测试系统,我们还将低温激光扫描显微镜系统扩展应用于硅纳米线太阳能电池局部成像。通过同时测量样品对激光的反射和吸收信号,对硅纳米线太阳能电池进行表征。该系统可以实现对单根硅纳米线太阳能电池的分辨,以及电池中缺陷的识别,从而对太阳能电池性能的评估,这对改善太阳能电池的制备工艺有着重大意义。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张慧丽

导师: 王华兵

关键词: 本征约瑟夫森结,高温超导太赫兹辐射源,谐振腔,辐射机理

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 南京大学

分类号: O441.4;O511.3

DOI: 10.27235/d.cnki.gnjiu.2019.000055

总页数: 125

文件大小: 10413K

下载量: 146

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