Окб астрон, www. Astrohn. Ru резонансный болометр

Скачать 181.21 Kb.

Название	Окб астрон, www. Astrohn. Ru резонансный болометр
страница	2/2
Дата публикации	04.07.2013
Размер	181.21 Kb.
Тип	Документы

100-bal.ru > Математика > Документы

1 2

Модель датчика

Очевидно, что динамическая система, представляющая терагерцовый генератор, интегрированный в колебательный RLC-контур, весьма чувствительна к изменению величины сопротивления

, если контур настроен в резонанс с генератором. Это свойство используется для реализации датчика малых изменений температуры. На рис. 9 представлена схема датчик с термистором TES-типа, включенный в колебательный контур, параллельно генератору. Измерение изменения магнитного потока вблизи индуктивного элемента

осуществляются с помощью квантового магнитометра.
generator-circuit-r

Рис. 13. Датчик с термистором TES-типа, включенный в колебательный контур параллельно генератору.
Уравнения динамики датчика вытекают из системы (2), если предположить, что сопротивление

находится на краю сверхпроводящего перехода, и описываются функцией

, представленной на рис. 3:

,

(7)

.

Здесь

– мощность внешнего излучения,

– характерная длительность импульса излучения во времени (рис. 14). Остальные обозначения прежние. В отличие от модели (2), данная система уравнения уже не может быть подвержена эффективному аналитическому исследованию. В этом случае остается полагаться лишь на численный расчет.
power

Рис 14. Мощность излучения.
С целью проверки функционирования модели установки использовались следующие конкретные значения параметров системы (7):

;

.
Результат представлен в тех же безразмерных переменных:

;

Рис 15. Джозефсоновская фаза.
t-01

Рис 16. Изменение температуры резистивного элемента во времени.

theta-01

Рис 17. Изменение температуры контакта во времени.
v-01

Рис 18. Напряжение.

q-01

Рис 19. Заряд.
j-01

Рис 20. Сила тока.
Очевидно, что последствия поглощения внешнего импульса могут быть отчетливо зарегистрированы по факту изменения амплитуды и фазы тока и напряжения (рис. 15-20).
Мощность эквивалентная шуму
Если температура физического тела выше абсолютного ноля, то в нем наблюдаются термические флуктуации. Основная задача измерительной техники состоит в том, чтобы величина этих флуктуаций была невелика по сравнению с полезным сигналом. Мощность эквивалентная шуму, создаваемому при торможении электронов на фононах, оценивается следующими формулами:
(8)

;

.

Оценки шума, создаваемого при торможении электронов за счет активного сопротивления таковы:
(9)

;

.
И оценки шумов при перезарядке конденсаторов:
(10)

;

.
Если произвести оценку шумов для примера, приведенного в предыдущем разделе, то величины, рассчитанные по формулам (8-10), окажутся примерно такими:

;

.
Пусть безразмерное время переходного процесса болометра, согласно осциллограммам, представленным в предыдущем разделе, составляет 100 единиц (т.е. физический временной интервал примерно равен

), тогда ширину частотного диапазона процесса можно оценить величиной

. Тогда оценка шума по мощности составит величину порядка

, а по напряжению

. Поскольку внешний импульс имеет тот же порядок, что и мощность внешнего импульса, то установлена пороговая чувствительность болометра по мощности внешнего сигнала. Она составляет величину

.
Выводы

Задача настоящей работы состояла в создании способа определения потока слабого электромагнитного излучения субмиллиметрового диапазона, обеспечив при этом достижение необходимого технического результата, заключающегося в стремлении к повышению чувствительности, точности и стабильности измерений за счет снижения погрешностей измерений вплоть до уровня, ограниченного флуктуациями потока электромагнитного излучения. Последнее создает предпосылки для наиболее эффективного определения неизвестных параметров электромагнитного излучения. Достижение указанного выше технического результата обеспечивается благодаря тому, что необходимые измерения проводят за счет того, что отрицательная обратная связь автогенератора резонансного болометра создает оптимальные предпосылки для постоянного охлаждения приемного элемента до температуры, находящейся непосредственной вблизи от области сверхпроводимости, где влияние тепловых шумов в приемном элементе минимальны.
Для считывания информации эффективно использовать датчики, обладающие сверхмалым выделением энергии. Перспективными сегодня считаются сверхпроводниковые усилители на основе SQUID, а также охлаждаемые слаботочные усилители JFET. Сквиды применяют для термометров с малым импедансом, а JFET усилители – для туннельных переходов с большим сопротивлением [6-9]. Для контроля точности съема рабочей информации весьма актуальны измерения на основе сверхпроводниковых сенсоров с кинетической индуктивностью [10-17].
Резонансный болометр представляет собой мезоскопический прибор, эффективность которого ограничена геометрическими размерами системы. Его математическое описание базируется на полуклассических методах физики. При уменьшении геометрических размеров и степени чистоты материалов датчик становится типичным объектом квантовой механики. Возможно, что в будущем в качестве элементов датчика можно будет использовать одноатомный слой металла, размещенный под одноатомным графеновом листом, что обеспечит минимизацию теплоемкости. Лист графена, по современным представлениям, обладает рекордной теплопроводностью, что обеспечит максимизацию теплопроводности [12]. Для реализации подобного элемента болометра применимы идеи интеркаляции атомов металла под слой графена [18]. Эффективно использование графенового механического резонатора в качестве наноантенны терагерцового диапазона. [19]. Вероятно, что скорое внедрение нанотехнологий обеспечит появление быстродействующих и эффективных аналогов болометров в виде счетчиков отдельных квантов излучения, что будет способствовать дальнейшему продвижению науки и технологий. Однако, такой прибор уже будет представлять собою всецело квантовый объект, производство которого, а не только описание, весьма непросто [20].
Литература

L. N. Cooper, "Bound Electron Pairs in a Degenerate Fermi Gas", Phys. Rev 104, 1189 - 1190 (1956)
J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer, "Microscopic Theory of Superconductivity", Phys. Rev. 106, 162 - 164 (1957)
J. Bardeen, L. N. Cooper, and J. R. Schrieffer, "Theory of Superconductivity", Phys. Rev. 108, 1175 (1957)
M. J. Buckingham, Schematic diagram of the apparatus for infrared measurements. Phys. Rev. 101, 1431 (1956)
Masashi Tachiki, Krsto Ivanovic, and Kazuo Kadowaki. Emission of terahertz electromagnetic waves from intrinsic Josephson junction arrays embedded in resonance LCR circuits, Phys. Rev. B 83, 014508 (2011)
Yoon J., Clarke J., Gildemeister J.M. et al. // Appl. Phys. Lett. 2001. V. 78. P. 371-373.
Ariyoshi S., Otani C., Dobroiu A. et al. // Jpn. J. Appl. Phys. 2006. V. 45. P. L1004-L1006. DOI: 10.1143/JJAP.45.L1004.
Yamasaki N.Y., Masui K., Mitsuda K. et al. // Nucl. Instruments and Methods in Physics Research. 2006. V. 559-2. P. 790-792. DOI: 10.1016/j.nima.2005.12.141.
Agulo I.J., Kuzmin L. // Supercond. Sci. Technol. 2008. V. 21. N 1. P. 015001. DOI: 10.1088/0953-2048/21/01/015001.
Karasik B.S., Dalaet B., McGrath W.R. et al. // IEEE Trans. Appl. Supercond. 2003. V. 13. P. 188.
Shitov S.V., Vystavkin A.N. // Instr. Meth. Phys. Res. 2006. V. A559. P. 503-505.
Day P., LeDuc H., Mazin B. et al. // Nature. 2003. V. 425. P. 817-820.
Barends R., Baselmans J.J.A., Hovenier J.N. et al. // IEEE Trans. Appl. Sup. 2007. V. 17. N 2. P. 263-266.
Шитов С.В. // Письма в ЖТФ, 2011, том 37, вып. 19.
Уваров А.В., Шитов С.В., Выставкин А.Н. // Метрология. 2010. № 9. С. 3-14.
Eran Segev, Oren Suchoi, Oleg Shtempluck, and Eyal Buks. Self-oscillations in a superconducting stripline resonator integrated with a dc superconducting quantum interference device // Appl. Phys. Lett. 95, 152509 (2009); doi:10.1063/1.3250167 (3 pages)
Helmuth Spieler. Large-Scale Bolometer Arrays and Readout for Next-Generation CMB Experiments // Interdisciplinary Instrumentation Colloquium, 15-Nov-2006.
C. Riedl, C. Coletti, T. Iwasaki, A. A. Zakharov and U. Starke. Quasi-Free-Standing Epitaxial Graphene on SiC Obtained by Hydrogen Intercalation // Phys. Rev. Lett. 103, 246804 (2009) [4 pages]
Yuehang Xu, Changyao Chen, Vikram V. Deshpande, Frank A. DiRenno, Alexander Gondarenko, David B. Heinz, Shuaimin Liu, Philip Kim and James Hone. Radio frequency electrical transduction of graphene mechanical resonators // Appl. Phys. Lett. 97, 243111 (2010); doi:10.1063/1.3528341 (3 pages).
Nakamura, Y. et al. Coherent control of macroscopic quantum states in a single-Cooper-pair box. Nature 398, 786-788 (1999

Материал с официального сайта ОКБ «АСТРОН» г.Лыткарино www.ASTROHN.ru

1 2

Похожие:

	Окб астрон Москва, ул. Большая Спасская 25, стр. 3, Ооо "Городисский и Партнеры", Емельянову Е. И		Окб астрон А, 13. 07. 1993. Us 6243036 B1, 05. 06. 2001. Ru 2133971 C1, 27. 07. 1999. Ru 2067759 C1, 10. 10. 1996. Wo 90/07130 A1, 28. 06. 1990....
	Окб астрон Заявленная полезная модель может быть использована в научных исследованиях, биологии, медицине и фармакологии, военном деле и безопасности,...		Окб астрон Кроме того простота и более низкая стоимость производства блока генерации позволяет снизить стоимость конечного устройства и его...
	Окб астрон Приемник (3) электромагнитных сигналов имеет устройство для извлечения частотных составляющих, характерных для живых организмов,...		Пояснительная записка рабочая программа разработана на основе примерной... Сайт мо РФ www mon gov ru., учебника «Технология»: 10-11 класс под редакцией В. Д. Симоненко, М. «Вентана Граф», 2009. Программы...
	Пояснительная записка На тему: «Проектирование информационных ресурсов... На тему: «Проектирование информационных ресурсов для европейского центра по качеству (на примере www eqc org ru )»		Www lawcanal Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	«Челябинский государственный университет» Реклама: Как раскрутить и продвинуть сайт www sait		Задания Для предцикловой подготовки очно заочного цикла: «Судебно... Адрес: г. Тюмень, ул. Одесская, 46а, административный корпус окб, тел: 207-776, 205-793, e-mail: goutmk@ mail ru
	Www e Отделом корпоративного управления в январе-феврале 2012 года проведена следующая работа		Www lawcanal «Перепутанные логические цепочки», «Да-нет», «Верные – неверные утверждения», «Инсерт», «Ты-мне, я-тебе»
	Книга фгуп «Санкт-Петербургское окб «Электроавтоматика» Рассматриваются основные принципы построения перспективных бортовых цифровых вычислительных систем в авиационном приборостроении....		Экспериментальная Социальная Сеть www ntl cbm narod ru Математические методы и программные средства формирования социополитической системы
	Название модуля (тема урока) Год создания Всемирной информационной сети, что означает ее английская аббревиатура www		1. Общая характеристика вертолета стр Не лишним будет отметить, что именно в России был впервые разработан и осуществлен первый боевой одноместный ударный вертолет, со...

Школьные материалы