Частотно-селективный детектор на основе YBa2Cu3O7-x бикристаллического джозефсоновского перехода для субтерагерцовой Гильберт-спектроскопии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Широтов Вадим Викторович

"Частотно-селективный детектор на основе УВагСизС^.! бикристаллического джозефсоновского перехода для субтерагерцовой Гильберт-спектроскопии."

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 01.04.01 -Приборы и методы экспериментальной физики.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук.

МОСКВА 2004г.

Работа была выполнена в Институте радиотехники и электроники РАН (г.Москва), а также в Исследовательском центре г.Юлиха (ФРГ), в рамках соглашения о научном сотрудничестве. Научные руководители; профессор К.Урбан,

кандидат физико-математических наук Ю.Я. Дивин.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук О.В.Снигирев

кандидат физико-математических наук К.И.Константинян

Ведущая организация:

НИИЯФ МГУ, г.Москва

Защита состоится « 26 » ноября 2004г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д002.231.03 в Институте радиотехники и электроники РАН (101999, г.Москва, ГСП-9, ул.Моховая, д.11, корп.7).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института радиотехники и электроники РАН.

Автореферат разослан« 26 » октября 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.ф.-м.н. М.И.Перцовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Гильберт-спектроскопия (ГС) [1] основана на нестационарном эффекте Джозефсона. Данная методика позволяет получать спектр электромагнитного излучения, падающего на джозефсоновский переход (ДП), в результате применения Гильберт-преобразования к произведению измеряемых характеристик ДП. К этим характеристикам относятся зависимость частотно-селективного детекторного отклика ДП от напряжения на нем и его вольт-амперная характеристика (ВАХ). Таким образом, основные параметры ГС, такие как спектральный диапазон, спектральное разрешение, чувствительность и динамический диапазон по мощности, определяются частотно-селективным джозефсоновским детектором. При этом, исходя из основ теории ГС [1], важным условием является соответствие характеристик ДП идеализированной резистивной модели, в которой полный ток через переход имеет две составляющие: ток квазичастиц, описывающийся законом Ома с сопротивлением /?„, а также ток куперовских пар, имеющий частотно-независящую амплитуду, равную критическому току перехода, и синусоидальную зависимость от разности фаз параметра порядка. Важным параметром ГС является характерное напряжение ДП с повышением

которого увеличивается чувствительность, а спектральный диапазон сдвигается в сторону более высоких частот.

Для ДП из высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) приближение резистивной модели может выполняться в весьма широком диапазоне напряжений [2]. Это связано с тем, что данное приближение может быть справедливо при напряжениях - величина

энергетической щели в спектре возбуждений сверхпроводника, а величины энергетической щели в ВТСП значительно превышают аналогичные величины в традиционных низкотемпературных сверхпроводниках (НТСП). Согласно этому обстоятельству, возможно расширение области применения ГС на субтерагерцовый (0,1 -1,0 ТГц) и терагерцовый (1-10 ТГц) диапазоны частот.

В этих диапазонах ГС обладает рядом принципиальных преимуществ

неполную ил в л »Гц РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

Так,вЧ$1ШШость|

по сравнению с традиционными методиками, которые области, но заимствованы из смежных областей.

спектрального анализа, применяющегося в СВЧ диапазоне и основанного на гетеродинном приеме с использованием генераторов гармоник и смесителей, падает при увеличении частоты в субтерагерцовом диапазоне. Кроме того, этот метод непригоден для непрерывных измерений в широком диапазоне частот из-за малой перестраиваемой полосы используемых когерентных источников.

Эффективность Фурье-спектроскопии, обычно используемой в оптическом и ИК диапазонах, падает при уменьшении частоты в субтерагерцовом диапазоне из-за дифракции. Кроме того, для получения хорошего спектрального разрешения, размеры спектрометра должны быть много больше длины волны излучения. Принципиальной особенностью Фурье-спектроскопии является наличие оптических частей, перемещающихся на расстояния, много большие длины волны, что накладывает высокие требования на механическую стабильность, а также обуславливает медленное сканирование спектров.

К преимуществам ГС относятся следующие факты: во-первых, джозефсоновский детектор является селективным по частоте, а не по длине волны внешнего излучения. Поэтому, отсутствует необходимость в громоздких устройствах, позволяющих разделять различные длины волн, и спектрометр может быть сделан довольно компактным. Во-вторых, все процессы, сопровождающие перестройку по частоте и измерения сигналов, являются только электрическими, и значит и потенциально быстрыми. В-третьих, предельные разрешение и чувствительность определяются только электрическими шумами в охлаждаемом электронном устройстве с низким омическим сопротивлением.

Появление в последнее время импульсных источников большой

яркости в терагерцовом и субтерагерцовом диапазонах, например,

фотоэлектрических или электрооптических источников, возбуждаемых

фемтосекундным импульсным лазером [3], источников синхротронного или

переходного излучения от релятивистских электронных пучков [4] и квантовых

каскадных лазеров [5] повысило интерес к этой спектральной области. Эти

источники предоставляют возможность повышения соотношения сигнал/шум и

скорости проведения спектроскопического эксперимента. Традиционные

4

методики, в силу описанных выше особенностей, сталкиваются со сложностями при использовании этих преимуществ. Эти обстоятельства стимулируют развитие ГС в сторону работы с широкополосным излучением, а также с сигналами, имеющими импульсный характер.

К вопросам, стоявшим перед ГС и не решенным к моменту начала данной работы, можно отнести следующие: 1) несмотря на имевшиеся рекомендации по применению бикристаллических УВагСизСЬ-х ДП для целей ГС [6, 7], отсутствовало систематическое исследование возможных режимов их использования; 2) высокая чувствительность частотно-селективных джозефсоновских детекторов из ВТСП, продемонстрированная при гелиевых температурах [7, 8], не является достаточным обстоятельством для их использования в Гильберт-спектроскопии, т. к. еще необходимо выполнение приближения резистивной модели для ДП, что требовало исследований переходов в широком интервале температур, включая азотные температуры; 3) представлявшиеся макеты частотно-селективных джозефсоновских детекторов [7, 8, 9] не обладали предельными сигнальными характеристиками, определяемыми собственными флуктуациями в джозефсоновских переходах; 4) отсутствовали экспериментальные демонстрации работы с широкополосными спектрами пропускания или поглощения; 5) отсутствовала информация, подтверждающая на практике возможность использования преимуществ Гильберт-спектроскопии в работе с излучением, имеющим импульсный характер.

Целью настоящей работы являлось экспериментальное исследование свойств частотно-селективного джозефсоновского детектора на основе ДП и возможностей его использования в ГС для измерения широкополосных спектров стационарного и импульсного электромагнитного излучения субтерагерцового диапазона.

На защиту выносятся оригинальные результаты, составляющие научную новизну и практическую ценность данной работы.

Научная новизна работы и представленных в ней результатов:

1. Впервые экспериментально исследован динамический диапазон

входных мощностей частотно-селективного джозефсоновского детектора на

5

основе бикристаллического УВагСизС^ перехода. Для излучения с частотой/= 86 ГГц достигнута величина динамического диапазона 54 ± 1 дБ при рабочей температуре детектора Т= 80 К.

2. Впервые продемонстрирована возможность проведения быстрых спектроскопических измерений в субтерагерцовой области с частотно-селективным джозефсоновским детектором на основе бикристаллического УВа2СизС>7.х перехода. Показано, что его динамический диапазон превосходит 20 дБ даже при увеличении скорости измерений и расширении частотной полосы измерительной системы до 10 МГц.

3. Впервые показана принципиальная возможность использования частотно-селективного джозефсоновского детектора при измерении широкополосных спектров пропускания и поглощения. С помощью сеточных фильтров и отражающих дифракционных решеток реализованы условия фильтрации излучения ртутной лампы высокого давления, позволяющие устранить в отклике джозефсоновского детектора вклад от неселективных механизмов детектирования на ДП, таких как, классическое и болометрическое детектирование.

Практическая ценность работы:

1. Созданы несколько модификаций лабораторного макета частотно-селективного джозефсоновского детектора на основе бикристаллического ДП из отличающиеся по быстродействию и типам задания электрического смещения. В созданных измерительных системах реализована широкая частотная полоса, составившая около 10 МГц при уровне собственных шумов - Впервые, при частоте внешнего излучения

ГГц и рабочей температуре детектора Г = 80 К экспериментально достигнуты значения эквивалентной шумовой мощности ЫБР ~ (8±5) * 10'15 Вт/Гц1'2, которые согласуются с предельными значениями, определяющимися собственными тепловыми флуктуациям в ДП.

2. Совместно с электронной лабораторией Исследовательского центра г.

Юлиха (ФРГ), предоставившей скоростную цифровую электронную систему

управления экспериментом, создан быстродействующий макет Гильберт-

спектрометра. С указанным макетом проведены измерения спектров в

6

субтерагерцовом диапазоне за время ~ 7 мс, при этом записывался массив данных, содержащий 512 значащих точек.

3. Продемонстрирована работоспособность скоростного макета Гильберт-

спектрометра при измерениях субтерагерцовых спектров когерентного переходного излучения от релятивистских электронных пучков в экспериментальном линейном ускорителе TESLA Test Facility (DESY, Гамбург, ФРГ).

Апробация работы: Основные результаты работы докладывались на следующих международных конференциях и семинарах:

European Conference on Applied Superconductivity EUCAS'97; 4th International Conference on MM and SubMM Waves and Applications, San Diego, USA, 1998;

1999 Particle Accelerator Conf., New York, USA, 1999; Applied Superconductivity Conference ASC-2000, Virginia Beach, USA,

2000;

7th Statusseminar "Supraleitung und Tieftemperaturtechnik", Garmisch Partenkirchen, Germany, 2000;

5th European Conference on Applied Superconductivity EUCAS-2001, Copenhagen, Denmark, 2001;

26th International Conference on Infrared and Millimeter Waves, Toulouse, France, 2001;

Applied Superconductivity Conference ASC-2002, Houston, USA, 2002; 1st Workshop of European Network on Electron Accelerators (ELAN), 4-6 May, Frascati, Italy, 2004.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 11 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.

Вклад автора в проведенную работу заключался в следующем:

1. провел представленные в работе теоретические оценки;

2. участвовал в создании, оптимизации и тестировании аналоговых

электронных схем, обеспечивающих работу частотно-селективного джозефсоновского детектора и усиливающих снимаемые сигналы;

3. создал несколько модификаций лабораторного макета частотно-селективного джозефсоновского детектора на основе бикристаллического ДП из УВа2Си307.х, а также экспериментальные установки для проведения спектроскопических опытов в рамках ГС, провел необходимые оптимизации;

4. провел сбор необходимых экспериментальных данных, на основе которых были получены результаты и сделаны выводы данной работы;

5. участвовал в обработке и подготовке для представления полученных экспериментальных данных и результатов;

6. проанализировал и сделал выводы относительно полученных экспериментальных результатов;

7. представлял и защищал результаты проведенной работы в процессе ее апробации на научных конференциях и семинарах.

Структура и объем диссертации. Данная диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, одного приложения, представленных на 135 страницах, и списка цитированной литературы из 143 пунктов. Диссертация содержит: таблиц - 3, рисунков - 39.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ.

Введение содержит краткую характеристику ситуации в спектроскопии

в субтерагерцовой и терагерцовой областях частот. Дано представление об

основных применяющихся спектроскопических методиках. Также

обосновываются актуальность выбранной темы, научная новизна и

практическая ценность представленной работы.

Глава 1 представляет обзор информации и литературы,

непосредственно относящихся к теме работы и затрагиваемых в ней вопросов.

В разделе 1.1 кратко приведены основные формулы, которые

описывают эффект Джозефсона в сверхпроводящих структурах.

В разделе 1.2 представлены основы теории ГС. Эта методика позволяет

измерять спектры электромагнитного излучения, используя свойства ДП. Здесь

приведены основные уравнения теории ГС, связывающие характеристики этой

8

методики с параметрами и характеристиками ДП.

В разделе 1.3 аргументируется выбор типа ДП для его последующего использования в качестве основного элемента Гильберт-спектрометра, предназначенного для работы с широкополосными спектрами субтерагерцового диапазона частот. При этом представлены преимущества тонкопленочных УВа2Си307.х ДП, выращенных на бикристаллической подложке из NdGaOз [2].

В разделе 1.4 формулируются задачи представленной работы, актуальные для развития описанной выше спектроскопической методики:

1) Исследовать динамический диапазон по мощности внешнего сигнала частотно-селективного джозефсоновского детектора, как приемного устройства ГС;

2) Экспериментально исследовать особенности работы ГС с протяженными спектрами со значительной спектральной плотностью излучения вдоль спектра (спектры пропускания и поглощения) при использовании источника широкополосного излучения на основе ртутной лампы высокого давления;

3) Экспериментально исследовать возможность использования ГС при работе с протяженными спектрами импульсных источников излучения на примере источника когерентного переходного излучения;

Глава 2 посвящена изложению общих, следующих из основных принципов теории ГС, приемов экспериментальной методики, примененной в данной работе. Здесь приводятся основные методические и технические решения, использованные в различных спектроскопических экспериментах.

В разделе 2.1 представлены принципиальные элементы, из которых состоит установка для проведения экспериментов в рамках ГС.

В разделе 2.2 в общем виде описываются основные составные части лабораторного макета Гильберт-спектрометра и экспериментальной установки для проведения различных опытов с ним.

В разделе 2.3 описана методика электрических измерений и в общем виде представлены средства ее реализации, применявшиеся в данной работе.

В разделе 2.4 отдельно представлены аналоговые электронные схемы,

специально разработанные и созданные для обеспечения работы частотно-

9

селективного джозефсоновского детектора. Эти схемы обладают рекордным сочетанием собственных шумов (1,6 х 10'|и В/Гцш) и частотной полосы (около 10 МГц) среди схем, представлявшихся для целей ГС. Здесь представлены две схемы вместе с их характеристиками, позволяющие различными способами задавать постоянное электрическое смещение на ДП. Одна из них построена по принципу задания и поддержания среднего тока через низкоомный образец, другая же фиксирует среднее напряжение.

В разделе 2.5 обсуждается согласование внешней системы с частотно-селективным джозефсоновским детектором. При этом аргументируются отдельные решения, взятые из различных источников и использованные при построении квазиоптического тракта, а также оцениваются потери мощности излучения на отдельных его элементах.

Глава 3 посвящена представлению основного материала данной работы. В ней изложены подготовка и проведение экспериментов, согласно установленным задачам. Здесь также приводятся и обсуждаются основные результаты, полученные в процессе работы.

В разделе 3.1 приводятся результаты исследования электрических характеристик тонкопленочных ДП, выращенных на

бикристаллической подложке из (110) NdGaO3 с разориентацией 2x14° [10]. Это исследование, результаты которого представлены на рис. 1, было проведено с целью практической проверки пригодности этого типа ДП к ГС. При этом

Напряжение V, мВ Напряжение V, мВ

Рис.1, а - Семейство ВАХ типичного джозефсоновского перехода, Ь - серия токовых откликов джозефсоновского перехода на различные линии излучения газового лазера дальнего ИК диапазона.

определялись условия, при которых для данных ДП выполняется приближение упрощенной резистивной модели.

Было показано, что по виду ВАХ ДП выбранного типа с 0.7 Ом <Яп < 10 Ом удовлетворяют упрощенной резистивной модели с учетом тепловых флуктуации в диапазоне температур Т = 80 50 К. При этом, для частот, соответствующих субтерагерцовому диапазону, у таких переходов наблюдается частотно-селективный отклик, с точностью ~ 0,5% согласующийся с резистивной моделью.

В разделе 3.2 приведены результаты исследования диапазона мощностей внешнего сигнала, в котором используемые ДП могут

работать как частотно-селективный детектор и быть использованы в ГС. Изучению подлежали такие характеристики как предельная чувствительность (эквивалентная шумовая мощность МЕР) и динамический диапазон по мощности внешнего сигнала. В экспериментах было использовано излучение с частотой / =86 ГГц, что связано с наличием калиброванных аттенюаторов и измерителей мощности в данном диапазоне.

Сначала, исходя из приближения упрощенной резистивной модели ДП, а также сигнальных характеристик перехода, следующих из этой модели, были теоретически оценены величины МЕР и динамического диапазона для температур 40 90 К. Согласно теоретическим оценкам, уровень МЕР в нормировке на "поглощенную" мощность для характерного частотно-селективного джозефсоновского детектора с сопротивлением Яп - 1 Ом при температуре Т = 11 К в субтерагерцовом диапазоне частот будет составлять 10' Для численной оценки верхней границы динамического диапазона был предложен критерий, учитывающий специфику ГС и призванный обеспечить низкое искажение восстанавливаемых спектров. А именно, за верхнюю границу динамического диапазона было предложено взять мощность излучения, при которой искажение восстановленного спектра, обусловленное взаимодействием джозефсоновской генерации с гармониками излучения, не превышает 10 % от величины основного сигнала. Результаты температурных зависимостей оценочных величин динамического диапазона

для различных сопротивлений ДП и различных частот представлены на рис. 2.

11

60 70 80

Температура Т, К

90 100 ^ 40

-100 ГГч —- 200//« 300 ГГц • - ПК» Пи Ь

\

'а

\\

х=] Ом 1

50 «0 'О И <Х)

Температура Т, К

100

Рис. 2. Температурные зависимости оценочных величин динамического диапазона частотно-селективного джозефсоновского детектора: а - на внешний сигнал с частотой /= 100 ГГц, Ь - для джозефсоновского детектора с Яп - 1 Ом.

Далее проведены экспериментальные исследования величины ЫБР в нормировке на "поглощенную" мощность и динамического диапазона частотно-селективного джозефсоновского детектора в составе разработанных макетов Гильберт-спектрометра. При этом использовались и были сравнены аналоговые электронные схемы, описанные в разделе 2.4.

На рис. 3 (а и Ь) представлены типичные токовые отклики ДП на монохроматичное излучение с частотой / = 86 ГГц для двух различных по мощности сигналов, находящихся внутри и вне динамического диапазона. При этом, очевидно, что для слабого сигнала (рис. За), находящегося внутри динамического диапазона, имеет место взаимно однозначное соответствие

Рис. 3. а и Ь - Отклики джозефсоновского перехода на монохроматичное излучение частотой = 86 ГГц с мощностью внутри и вне динамического диапазона, с и ё- спектры, восстановленные в рамках Гильберт-спектроскопии при использовании откликов, представленных на рис. 3 а и Ь, соответственно.

12

между спектром излучения и селективным откликом, который имеет единственную резонансную особенность с амплитудой Д//та1 в области напряжений около значения У=И//2е. В отклике же на сильный сигнал (рис. 3Ь), присутствует также резонансная особенность с амплитудой при

удвоенном напряжении. Этот режим работы не подходит для селективного детектирования излучения, т.к. отсутствует взаимно однозначное соответствие.

Этот вывод подтверждается также рис. 3 с и d, на которых представлены результаты восстановления в рамках ГС исходных спектров излучения. При этом, на спектре, соответствующем высокой мощности излучения (рис. 3 d), присутствует несуществующая линия при частоте вдвое большей, чем частота исходной монохроматичной линии.

Зависимости амплитуд резонансных особенностей А/;та1 И Л/зтог в частотно-селективных откликах ДП (Яп = 1,2 Ом, /СЛ„= 220 МкВ при Т— 80К) от мощности сигнала представлены на рис. 4. Величина динамического диапазона, определенная по тому же критерию, что и при теоретических оценках составила 54 ±1 дБ как для режима задания постоянного тока через ДП, так и для режима задания постоянного напряжения. Таким образом, с точки зрения величины динамического диапазона, следует практическая равноценность использованных схем, задания электрического смещения на ДП.

Кроме того, для частотно-селективного джозефсоновского детектора при рабочей температуре в нормировке на

Рис. 4. Зависимости амплитуд резонансных особенностей в частотно-селективных откликах ДП от мощности падающего монохроматичного

излучения с частотой / = 86 ГГц: • -

Ышса, ▼ ■ ЛЬтах-

"поглощенную" мощность экспериментально достигнут уровень ЫЕР = (8±5) х 10"15 Вт/Гц"2. Ампер-ваттная чувствительность внутри динамического диапазона составила (3±1) х 104 А/Вт. Согласно приведенным оценкам и полученным экспериментальным данным, величина динамического диапазона может быть повышена при использовании ДП с более низким сопротивлением и для более высокочастотного излучения.

В разделе 3.3 представлены результаты использования частотно-селективного джозефсоновского детектора и ГС в широкополосных экспериментах со стационарным источником излучения- дуговым разрядом в ртутной лампе высокого давления. Для повышения чувствительности, ввиду низкой спектральной плотности излучения используемого источника в субтерагерцовой области частот, экспериментальные исследования проводились при рабочей температуре ДП, пониженной до 50 К.

В этом разделе проанализированы условия работы частотно-селективного джозефсоновского детектора с данным источником и указывается на необходимость фильтрации его чрезвычайно широкополосного излучения. Указывается на необходимость обрезание частей спектра, не входящих в область существования частотно-селективного отклика, для устранения неселективных механизмов детектирования. Среди них - болометрический механизм, обусловленный разогревом перехода высокочастотными составляющими спектра, и классическое детектирование низкочастотных составляющих на нелинейной ВАХ ДП.

Высокочастотные составляющие спектра с частотами / > 10 ТГц эффективно устранялись с помощью отражающей дифракционной решетки (эшеллетта), работавшей в нулевом порядке дифракции, и поглощающим фильтром из кварца, входившим в состав макета частотно-селективного джозефсоновского детектора. Для отсечки низкочастотных составляющих использовались "толстые" сетчатые фильтры, работающие на пропускание. Эти фильтры имели периоды решеток 1/2, 1 и 2 мм и экспоненциальное обрезание

нижних частот с частотами отсечки 375,170 и 82 ГГц, соответственно.

На рис. 5 видно изменение зависимостей отклика ДП от напряжения

Рис. 5. Зависимости откликов ДV джозефсоновского детектора

(Л„=2,5 Ом, Ус= 1 мВ, при Т=50 АО

при различной фильтрации излучения ртутной лампы. 1 - без фильтра, 2-с фильтром с периодом 1 мм, 3-с фильтром с периодом 0,5 мм, 4 - разность кривых 1 и 2, 5 - классическое детектирование, Напряжение V, мВ 6 - болометрический отклик.

(кривые 1 - 3) при различной фильтрации. А именно, при повышении частоты отсечки фильтров высоких частот наблюдается постепенное удаление зависимости отклика от кривой 5, которая соответствует отклику при классическом механизме детектирования. Этот факт, а также значительное изменение амплитуды откликов явились подтверждениями необходимости отсечки низкочастотной части спектра при работе частотно-селективного джозефсоновского детектора с излучением ртутной лампы. Кроме того, очевидно, что во всех измеренных зависимостях откликов, при практически неизменном уровне обрезания высокочастотных составляющих, наблюдается изменение знака. Это не характерно для кривой 6, соответствующей болометрическому отклику, что говорит об отсутствии разогревающего влияния высокочастотных составляющих.

Тем самым продемонстрирована возможность применения частотно-селективного джозефсоновского детектора при работе с излучением ртутной лампы. Это следует из того, что отклик на излучение в случае наиболее жесткой фильтрации (кривая 3) очень сильно отличается от откликов, связанных с неселективными механизмами детектирования (кривые 5 и 6). Сходство зависимостей разностного отклика (кривая 4) и кривой 5 свидетельствует о том, что в отклике ДП на широкополосное излучение часть, соответствующая классическому детектированию, играет значительную роль лишь до превышения частотой отсечки определенного значения. Из представленных экспериментальных данных следует, что значение нижней частоты отсечки, необходимой для практического применения частотно-селективного джозефсоновского детектора, очень близко к оценочной

15

Рис. 6. Спектральное пропускание "толстого" сеточного фильтра с периодом ячейки 0,5 мм, полученное в рамках Гильберт-спектроскопии. Горизонтальные интервалы

указывают спектральное разрешение при различных частотах.

интервалы

21» ЛЮ «О ЗОН 600 700 800

Частота/ ГГц

низкочастотной границе области существования селективного отклика [11]. Т.е., для оптимальной фильтрации широкополосного излучения нужно обрезать низкие частоты вплоть до значения, при котором частота собственной джозефсоновской генерации в ДП равна ширине ее линии // = Sf(fi). Определенное этим соотношением оценочное значение низкочастотной границы области применения частотно-селективного джозефсоновского детектора, в данном эксперименте, составляло

Используя представленные на рис. 5 отклики (кривые 1 и 3), соответствующие отсутствию фильтров высоких частот и использованию фильтра с теоретически оцененной нижней частотой отсечки ~ 375 ГГц, было получено пропускание этого фильтра. А именно, сначала с помощью ГС были восстановлены спектры, соответствующие обоим случаям, а затем второй из них был отнормирован на первый.

Представленная на рис. 6 характеристика пропускания фильтра имеет экспоненциальный спад в области малых частот, частотную область (400 ГГц < f < 600 ГГц), где пропускание близко к 1, и выходит на уровень оптического пропускания при более высоких частотах. Такое поведение согласуется с известными экспериментальными и теоретическими данными для подобных фильтров [12, 13], а также с результатами независимого исследования пропускания данного фильтра с помощью спектроскопии временного разрешения (time-domain spectroscopy) [14]. Таким образом, впервые продемонстрирована возможность исследования с помощью ГС прохождения широкополосного излучения сквозь частотно-селективный объект.

|(10.«%)00 Рис. 7. Результат восстановления с

помощью Гильберт-спектроскопии спектра широкополосного излучения после прохождения кюветы с газом СО (давление 100 мбар). Вертикальные стрелки указывают положения известных линий поглощения СО [15].

о

400 «ю

Частота/ ГГц

В разделе 3.3 также представлены результаты измерений спектров поглощения и пропускания газов. Первым исследуемым веществом был выбран газ СО, спектр поглощения которого в субтерагерцовом диапазоне состоит из линий, расположенных эквидистантно с интервалом Д/со = 115 ГГц [15].

Результаты восстановления спектра широкополосного излучения, на который наложен линейчатый спектр поглощения газа СО представлен на рис. 7. Данный эксперимент был выполнен при следующих условиях: длина газовой кюветы - 250 мм, давление газа - 100 мбар, в частотно-селективном джозефсоновском детекторе был использован ДП с параметрами: = 2,5 Ом и Ус= 1СЯ„ = 1 мВ при Т = 50 К. На представленном спектре видны несколько минимумов, соответствующих отдельным линиям спектра поглощения газа СО. При этом, хорошо просматривается периодичность структуры, и положения линий поглощения СО совпадают с наперед известным их расположением [15].

Также были проведены опыты по исследованию спектральных свойств более сложных веществ. С этой целью использовались пары метанола (СЦОН), спектр поглощения которого также хорошо известен [15]. Этот спектр в субтерагерцовом диапазоне состоит из большого числа близко расположенных линий, разрешить которые с помощью ГС на данном этапе не представляется возможным. В данной работе была измерена сглаженная характеристика поглощения, показанная на рис. 8. Представленная характеристика спектрального поглощения была измерена при давлении паров метанола- 150

Рис. 8. Спектральное поглощение паров метанола, полученное с помощью Гильберт-спектроскопии (длина кюветы 250 мм, давление паров 150 мбар). Горизонтальные интервалы указывают спектральное разрешение при различных частотах.

400 «о 800 1000

Частота / ГГц

мбар. Полученная характеристика поглощения метанола сходна с подобной характеристикой, полученной в рамках спектроскопии временного разрешения (time-domain spectroscopy) при близких условиях проведения эксперимента [16]. Эти характеристики демонстрируют сходные тенденции возрастания поглощения при повышении частоты излучения, а также относительные распределения интенсивностей линий поглощения вдоль спектрального диапазона. Расхождение в величине поглощения объясняется разницей в длинах кювет, а также возможно тем фактом, что в работе [16] использовалась смесь паров метанола и воздуха, а результаты, представленные на рис. 8, были получены с использованием чистых паров метанола.

В разделе 3.4 представлены результаты лабораторного тестирования многоцелевого макета Гильберт-спектрометра при работе с излучением, имеющим нестационарный, импульсный характер. При использовании специально разработанной в электронной лаборатории Исследовательского центра г.Юлиха системы сбора и управления экспериментом, были исследованы сигнальные и скоростные характеристики.

В качестве тестового был выбран эксперимент по детектированию сигнала от диода Ганна (f = 94 ГГц), промодулированный с помощью генератора импульсов. В результате была продемонстрирована возможность временного разрешения импульсов длительностью > 100 нс, которая иллюстрируется рис. 9. При этом, значения, соответствующие отклику и невозмущенной ВАХ ДП, измерялись независимо при сканировании смещения. Результаты использования данного макета Гильберт-спектрометра с импульсно модулированным излучением, аналогичные результатам,

Рис. 9. Временная зависимость отклика частотно-селектиного

джозефсоновского детектора на излучение 94 ГГц, имеющее импульсный характер с

длительностью импульсов 200 нс и периодом повторения 1 мкс.

представлявшимся на рис. 3 а и с, показаны на рис. 10. Максимальная быстрота проведения измерений определялась системой сбора и управления экспериментом и составила около 7 мс на полный массив данных, содержащий 512 значащих точек.

Мощностные зависимости амплитуд резонансных особенностей и ДЬтах (см. рис. 3) в селективных откликах скоростного макета Гильберт-спектрометра с ДП с параметрами Л„ = 0,9 Ом и Ус= 1СЯ„ = 320мкВ при Т=П К представлены на рис. 11. Временная структура внешнего излучения представляла собой непрерывную последовательность импульсов длительностью 200 нс с периодом повторения 1 мкс. При этом, в скоростном режиме оцифровки с помощью АЦП (То = 40 не) без интегрирования (с использованием всей ширины частотной полосы канала измерений

Напряжение V, мВ Частота / ГГц

Рис. 10. а - Отклик джозефсоновского перехода на импульсно модулированное монохроматичное излучение частотой / = 94 ГГц с мощностью внутри динамического диапазона, Ь - спектр, восстановленный в рамках Гильберт-спектроскопии при использовании отклика, представленного на рис. 10 а.

Рис. 11. Зависимости амплитуд резонансных особенностей в откликах ДП (R„ = 0,9 Ом и Vc= 1CR„ = 32 ОмкВ при Т=П К) от мощности внешнего импульсного излучения с частотой /==94 ГГц. • - hllmax, ▼ - Д/;?та1. а - скоростной режим непосредственно с помощью АЦП, b - режим с использованием функции интегрирования.

динамический диапазон составил 21 ± 1 дБ (см. рис. 11а). Эта величина может быть увеличена путем использования интегрирования. Рис. 11b демонстрирует динамический диапазон представленного макета, равный при

использовании интегрирования 7-и импульсов с суммарным временем 1,-2 мкс. Полученные результаты находятся в хорошем согласии как друг с другом, в виду сужения эффективной полосы измерительного канала при использовании интегрирования, так и с экспериментальными результатами, полученными в разделе 3.2 при работе в медленном режиме с узкополосным измерительным каналом.

В разделе 3.5 представлены результаты внелабораторного использования многоцелевого макета Гильберт-спектрометра в работе с импульсным излучением. Был измерен спектр переходного излучения от релятивистских электронных пучков в линейном ускорителе TESLA (DESY, ФРГ). Временная структура переходного излучения повторяла структуру электронных пучков или сгустков (bunches), которые на момент проведения эксперимента были собраны в "пачки" по 10 пучков в каждой с интервалом 1 мкс и промежутком между "пачками" в 1 с.

Результаты эксперимента, проведенного с использованием интегрирования в течении т, ~ 0,5 мкс, представлены на рис. 12. Таким образом,

6

Рис. 12. Спектр переходного излучения от релятивистских электронных пучков в

экспериментальном линейном

ускорителе ТЕ81Л (БЕ8У, ФРГ), полученный с помощью Гильберт-спектроскопии. Горизонтальные интервалы указывают спектральное разрешение при различных частотах.

линейном

о

100 200 300 400 51Ю

Частота /, ГГц

продемонстрирована возможность измерения с помощью 1С широкополосных спектров переходного излучения, находящихся в субтерагерцовой области частот. Понижение спектра со стороны низких частот обусловлено потерями в подводящем тракте от оптического окна ускорителя до спектрометра, а со стороны высоких частот - конечным продольным размером электронных сгустков. Последнее обстоятельство используется для оценки пространственного размера пучков по спектру когерентного переходного излучения [17]. Наличие в данных измерениях спектральных компонент с частотами до 500 ГГц указывает на большее достигнутое пространственное сжатие электронов в сгустке по сравнению с ранними измерениями [18], где максимальные частоты в спектре достигали 250 ГГц.

В данном эксперименте нижняя гранила области существования селективного детектирования, определенная по оценочной формуле из раздела 3.3, составляла 45 ГГц.

В заключении приведены основные результаты проделанной работы, сформулированы выводы и предложены пути развития ГС.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ. 1. Экспериментально обоснован выбор джозефсоновских переходов, изготовленных из с-ориентированных тонких пленок УВагСизС^.х на бикристаллических подложках из (ПО) №ва03, для создания частотно-селективного джозефсоновского детектора субтерагерцового диапазона частот. Определены условия, при соблюдении которых характеристики этих переходов описываются упрощенной резистивной моделью. Получено, что ВАХ переходов и их отклики на внешнее монохроматичное излучение

субтерагерцового диапазона согласуются с аналогичными характеристиками из резистивной модели для переходов шириной менее 3 мкм с сопротивлением 0,7 Ом <Я„ <10 Ом при температурах Т= 50 - 80 К.

2. На основе указанных переходов созданы лабораторные макеты частотно-селективных джозефсоновских детекторов, использующие малошумящие (1,6 х Ю"10 В/Гц1Й) и широкополосные (~ 10 МГц) аналоговые электронные схемы, отличающиеся по способу задания электрического смещения на переходе.

3. В рамках резистивной модели проведена теоретическая оценка динамического диапазона по мощности для частотно-селективного джозефсоновского детектора из ВТСП. Показано, что величина динамического диапазона увеличивается с понижением сопротивления джозефсоновского перехода и может превосходить 50 дБ в субтерагерцовом диапазоне частот для переходов из ВТСП при азотных температурах.

4. Впервые экспериментально исследован динамический диапазон по мощности для частотно-селективного джозефсоновского детектора из ВТСП. Достигнута величина динамического диапазона 54 ± 1 дБ для излучения с частотой /= 86 ГГц при рабочей температуре перехода Т = 80 К. Минимальная экспериментально полученная величина эквивалентной шумовой мощности в расчете на поглощенную мощность составила что согласуется с аналогичной величиной, определяемой собственными тепловыми шумами джозефсоновского перехода. Чувствительность внутри динамического диапазона составила

5. На основе частотно-селективных джозефсоновских ВТСП детекторов созданы макеты Гильберт-спектрометров для работы со стационарными и импульсными широкополосными источниками излучения субтерагерцового диапазона частот. Экспериментально реализована отсечка компонент широкополосного спектра, детектирующихся на джозефсоновском переходе неселективным образом.

6. Впервые, продемонстрирована возможность измерения с помощью

Гильберт-спектроскопии спектров пропускания фильтров высоких частот, а

также спектров поглощения веществ. При этом, в качестве стационарного

22

источника субтерагерцового излучения использовалась ртутная лампа высокого давления.

7. Впервые продемонстрирована возможность работы макета Гильберт-спектрометра с импульсным субтерагерцовым излучением. В скоростном режиме измерения достигнуто время сканирования, равное ~ 7 мс, для спектра, содержащего 512 точек. Динамический диапазон по мощности при использовании всей частотной полосы аналоговых электронных схем составил не менее 20 дБ. С помощью скоростного макета Гильберт-спектрометра проведена демонстрация возможности измерений спектра когерентного переходного излучения от релятивистских электронных пучков в линейном ускорителе TESLA (DESY, ФРГ).

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ. Основное содержание диссертации было представлено в следующих статьях в научных журналах, а также в трудах конференций:

1. Y.Y.Divin, I.M.Kotelyanskii, P.M.Shadrin, O.Y.Volkov, V.V.Shirotov. V.N.Gubankov, H.Shulz, U.Poppe. Applied Superconductivity 1997. Proceedings of EUCAS 97, ed. by H.Rogalla and D.H.Blank, (IOP Publishing Ltd, Bristol, 1997), pp.467-470;

2. Y.Y.Divin, O.Y.Volkov, V.V.Shirotov, V.V.Pavlovskii, U.Poppe, P.Schmueser, M.Tonutti, K.Hanke, M.Geitz, Proc. SPIE, v.3465, pp.309-317,1998;

3. Y.Y.Divin, U.Poppe, K.Urban, O.Y.Volkov, V.V.Shirotov. V.V.Pavlovskii, P.Schmueser, K.Hanke, M.Geitz, M.Tonutti, IEEE Trans. Appl. Supercond., v.9, pp.3346-3349,1999;

4. V. Shirotov, Y. Divin, K. Urban, IEEE Trans. Appl. Supercond., v. 11, pp. 955-957,2001;

5. Y.Divin, O.Volkov, V.Pavlovskii, V. Shirotov. P.Shadrin, U.Poppe, K.Urban, in: Advances in Solid State Physics, ed. B.Kramer (Springer, Berlin, 2001), v.41, pp. 301-313;

6. V.V.Shirotov. Y.Y.Divin and KUrban, Physica C, 372-376 P1, pp. 372-376, 2002;

7. Y.Y.Divin, O.Y.Volkov, M.V.Laytti, V.V.Shirotov. V.V.Pavlovskii,

U.Poppe, P.M.Shadrin, K.Urban, Physica C, 372-376 P1, pp. 416-419,2002;

23

8. V. Shirotov. Y. Divin, U. Poppe, H. Lame, E. Zimmermann, A. Ahmet, H. Hailing and K. Urban, IEEE Trans. Appl. Supercond., v. 13, pp. 172-175,2003;

9. B.B. Широтов, Ю.Я. Дивин, Письма в ЖТФ, т. 30, вып. 12, стр. 79-85, 2004;

10. В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин, Письма в ЖТФ, т. 30, вып. 13, стр. 59-64, 2004;

11. В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин, Радиотехника и Электроника, т. 49, N 9, стр. 1135-1139,2004.

СПИСОКЛИТЕРАТУРЫ.

1. Ю.Я.Дивин, О.Ю.Полянский, А.Я.Шульман Письма в ЖТФ, т.6, стр. 454-457, 1980; Yu.Ya.Divin, O.Yu.Poljanski, A.Ya.Shul'man IEEE Trans. Magn. vol.19, pp. 613-615, 1983;

2. Y.Y.Divin, I.M.Kotelyanskii, P.M.Shadrin, O.Y.Volkov, V.V.Shirotov, V.N.Gubankov, H.Shulz, U.Poppe, Proceedengs ofEUCAS 97, ed. by H.Rogalla and D.H.Blank, IOP Publishing Ltd, Bristol, p.467,1997;

3. C.Baker, I.S.Gregory, W.R.Tribe, et al. Appl. Phys. Lett., Vol. 83, N 20, P. 4113,2003;

4. G.L.Carr, M.C.Martin, W.R.McKinney et al., Nature, V. 420, N 6912, P. 153,2002;

5. R.Köhler, A.Tredicucci, F.Beltram et al., Nature, V. 417, N 6885. P. 156, 2002;

6. Y.Y.Divin, J.Mygind, N.F.Pedersen, P.Chaudhari, Appl. Phys. Lett., Vol. 61, N. 25, P. 3053,1992;

7. A.V.Andreev, Y.Y.Divin, I.M.Kotelyanskii, et al., Physica C, V.226, P. 17, 1994;

8. M.Tarasov, A.Shul'man, O.Polyansky, et al., Proc. Int. Conf. on MM & Submm Waves and Appl., Denver, Co, pp. 89-90,1996;

9. Y.Y. Divin, H. Schultz, U. Poppe,et al., Appl. Phys. Lett., v. 68, N.ll, p.1561,1996;

10. Ю.Я.Дивин, И.М.Котелянский, В.Н.Губанков, Радиотехника и Электроника 2003, Т. 48, N 10, С. 1238;

11. Y.Y.Divin, O.Y.Volkov, M.V.Liatti et al, IEEE Trans, on Appl. Supercond.,

24

v.l3,N.2,p.676,2003;

12. C.Winnewisser, F.Lewen, H.Helm, Appl. Phys., v.66, p.593,1998;

13. C.C.Chen, IEEE Trans, on M.T.T., MTT-21, No.l, p.l, 1973;

14. P. Kuzel, Institute of Physics, Czech Acad. Sci., частное сообщение;

15. см. например таблицы линий Jet Propulsion Laboratory http://spec.ipl.nasa.gov/ftp/pub/catalog/catform.html;

16. G.Sucha, M.Li, D.Harter, X.C.Zhang, Proc. ofVSJ-SPIE98, Japan, 1998;

17. H.C. Lihn, D. Bocek, P.Kung, et al. AIPConf. Proc. vol.367, pp. 435-444,

1996;

18. Y.Y.Divin, U.Poppe, K.Urban, O.Y.Volkov, V.V.Shirotov, V.V.Pavlovskii, P.Schmueser, K.Hanke, M.Geitz, M.Tonutti, IEEE Trans, on Appl. Supercond., v.9, pp.3346-3349,1999.

Подписано в печать 15.10.2004 г. Формат 60x90, 1/16. Тираж 100 экз. Заказ № 457. Отпечатано в 0 0 0 «Блок» г.Москва, ул. Русаковская, д. 1.

Введение.

1. Обзор литературы.

1.1 Эффект Джозефсона.

1.2 Основы теории Гильберт-спектроскопии.

1.3 Выбор типа джозефсоновских переходов для Гильберт-спектроскопии.

1.4 Постановка задачи.

2. Экспериментальные установки с частотно-селективным джозефсоновским детектором.

2.1 Введение.

2.2 Базовый макет Гильберт-спектрометра.

2.3 Схема электрических измерений.

2.4 Аналоговая электроника для частотно-селективного джозефсоновского детектора.

2.5 Согласование излучения с джозефсоновским переходом внутри макета частотно-селективного джозефсоновского детектора.

3. Основные экспериментальные результаты.

3.1 Вольт-амперные характеристики и частотно-селективные отклики джозефсоновских переходов.

3.2 Исследование динамического диапазона по мощности частотно-селективного джозефсоновского детектора.

3.2.1 Введение.

3.2.2 Теоретические оценки.

3.2.3 Экспериментальная установка.

3.2.4 Экспериментальные результаты и их анализ.

3.3 Измерение широкополосных спектров от стационарного источника.

3.3.1 Введение.

3.3.2 Анализ неселективных механизмов детектирования на джозефсоновском переходе.

3.3.3 Экспериментальная установка.

3.3.4 Оценка возможности работы со стационарным источником широкополосного излучения малой мощности.

3.3.5 Характеризация частотных свойств сеточных фильтров с помощью Гильберт-спектроскопии.

3.3.6 Измерение широкополосных спектров пропускания и поглощения веществ с помощью Гильберт-спектроскопии.

3.4 Исследование работы частотно-селективного джозефсоновского детектора с импульсным излучением.

3.4.1 Введение.

3.4.2 Демонстрация работы скоростного макета

Гильберт-спектрометра с импульсным излучением.

3.5 Исследование когерентного переходного излучения с помощью Гильберт-спектроскопии.

3.5.1 Введение.

3.5.2 Уточнение задачи.

3.5.3 Измерение спектра широкополосного переходного излучения от релятивистских пучков электронов.

Основные результаты.

Перспективы развития Гильберт-спектроскопии.

Спектроскопия - один из разделов физической оптики и всей физической науки, посвященный исследованию спектров электромагнитного излучения. Она начинает свою историю с XVIII-XIX веков, с первых экспериментальных подтверждений Ньютоном (1643-1727) и Френелем (1788-1827) волновой теории света Гюйгенса (16291695). С тех пор, спектроскопия распространилась на всю область существования электромагнитных колебаний - от радиоволн до гамма-излучения.

В наше время, спектроскопия (спектральный анализ) стала одним из очень удобных, широко распространенных и очень точных методов исследования и получения новых знаний практически во всех естественных областях науки (физика, химия, биология, астрономия, геология и мн. др.). Не смотря на длительный период развития, и благодаря большому интересу со стороны различных областей науки, спектроскопические методы продолжают активно развиваться и совершенствоваться. Основными направлениями развития спектроскопии являются поиск новых методик получения спектральной информации, а также поиск и исследование характеристик новых приемных устройств.

Наряду с постоянно присутствующим интересом к получению новых спектроскопических данных в различных областях, на процесс развития спектроскопии оказывали и оказывают свое воздействие различные трудности, имеющие физический и технический характер. Так длительное время оставалась сложной и неудобной для спектрального анализа область электромагнитного спектра, включающая в себя субтерагерцовый (0,1 1 ТГц) и терагерцовый (1 10 ТГц) диапазоны частот [1, 2]. Этот диапазон соответствует максимуму спектральной плотности теплового излучения с эффективной температурой источника от 300 до нескольких Кельвин. Поэтому разница эффективных температур естественных источников и приемных устройств, которая характеризует соотношение сигнал/шум, не может быть очень большой. Это положение усугубляется еще и фоновыми шумами, которые характеризуются также близкими температурами. В то же время, использование в качестве источников объектов с более высокой эффективной температурой связано с решением проблемы избавления от более мощного более высокочастотного излучения. В связи с этим, субтерагерцовый и терагерцовый диапазоны частот, вплоть до второй половины XX века, представлялись довольно экзотическими, несмотря на то, что в приграничных областях (СВЧ и ИК диапазоны) различные спектроскопические методики применялись с достаточным успехом.

Научный интерес к данной промежуточной спектральной области определяется тем, что уже продолжительное время известно какую важную и интересную информацию можно в ней получать. Так, эта область имеет преимущество перед СВЧ диапазоном при исследовании вращательных молекулярных спектров, т.к. позволяет изучать маленькие молекулы с малым моментом инерции. Здесь же лежат спектры различных внутримолекулярных движений больших молекул: колебания остова больших молекул и полимеров [3], обменные взаимодействия между магнитными ионами в упорядоченных магнитных телах [4], спектры циклотронного резонанса в полупроводниках [5], спектры отражения сверхпроводников [6] и мн. др.

Стремление проникнуть в эту спектральную область привело к тому, что на сегодняшний день в ней применяется большое количество разнообразных методик, часть которых была заимствована из смежных областей [7 - 9]. Так, в наше время коммерчески выпускаются спектроанализаторы, использующие гетеродинный прием на основе смешения излучения с сигналом от генератора гармоник, т.е. методику, заимствованную из СВЧ диапазона (см. например [10]) и Фурье-спектрометры, использующие методику, заимствованную из оптического и ближнего ИК диапазонов (см. например [11]). Эти приборы способны перекрывать различные части субтерагерцового и терагерцового диапазонов. Однако, на сегодняшний день отсутствует универсальная спектроскопическая методика, способная обеспечить решение всех стоящих задач.

Попытки переноса традиционных методик из других областей сталкиваются со значительными проблемами. Так эффективность спектрального анализа на основе гетеродинного приема падает при увеличении частоты. Это связано с быстрым понижением эффективности используемых умножителей частоты и смесителей при возрастании частоты в субтерагерцовом диапазоне. К тому же, этот метод непригоден для непрерывных измерений в широком диапазоне частот из-за относительно малой перестраиваемой полосы существующих когерентных источников.

Эффективность Фурье-спектроскопии падает при уменьшении частоты и, соответствующем увеличении длины волны, из-за дифракции. Кроме того, практически все методы оптической спектроскопии основаны на измерении пространственной периодичности, т.е.- длины волны Я излучения. Поэтому, для увеличения спектрального разрешения, размеры спектрометра должны быть много больше длины волны исследуемого излучения (так при X ~ 1 мм характерный размер спектрометра L > 1 м). Принципиально неустранимой особенностью интерференционных спектроскопических методов также является наличие частей, механически перемещающихся на расстояния » X. Это накладывает серьезные требования на механическую стабильность, а также условия на скорость и частоту сканирования спектров. На рабочую область частот двухлучевого интерферометра Майкельсона [12] также оказывают влияние частотные свойства делителя излучения. Используемые в этом качестве тонкие диэлектрические пленки и металлические сетки имеют сложные частотные зависимости коэффициентов отражения и пропускания [1, 2]. Соответственно, их эффективность далека от идеальной, что также усложняет данный спектроскопический метод.

Поэтому, спектроскопия в данной области продолжает развиваться как самостоятельный раздел науки.

Т.к. одной из основных экспериментальных трудностей освоения этого спектрального диапазона являлось отсутствие интенсивных источников излучения, то особо высокие требования предъявлялись к приемным устройствам. И соответственно, одной из основных их характеристик являлась обнаружительная способность или предельная чувствительность. Стремление получить высокую предельную чувствительность, естественным образом, привело к тому, что наилучшие характеристики получаются при использовании криогенных и основанных на квантовых эффектах приемников излучения [13 - 17].

Среди данного класса электронных устройств нашли свое место приемные устройства, основанные на явлении сверхпроводимости. Оказалось, что квантовые процессы, происходящие в сверхпроводящих устройствах, позволяют создать несколько различных типов очень чувствительных приемников сигналов [13,15, 18].

Пожалуй, наиболее интересным и оригинальным эффектом, связанным с явлением сверхпроводимости, является эффект Джозефсона (ЭД), предсказанный изначально теоретически [19] и нашедший затем широкое применение в сверхпроводниковой электронике. Нестационарный ЭД связан с наличием собственной джозефсоновской генерации, и поэтому, вполне логичным кажется желание использовать в спектроскопии объекты, обладающие этим эффектом. Подробнее ЭД будет рассмотрен ниже в главе 1, здесь же отметим, что джозефсоновский переход (ДП) - структура, обладающая данным эффектом, - является базовым элементом большинства приборов сверхпроводниковой электроники.

Нелинейная вольт-амперная характеристика (В АХ) ДП, равно как и полупроводникового р-n перехода, может быть использована как с целью выпрямления детектирования), так и смешения (микширования) переменных сигналов. Кроме того, в связи с наличием специфической джозефсоновской генерации, будут наблюдаться и другие типы взаимодействия ДП с внешним переменным сигналом. Соответственно, возможно создание целого ряда приемных устройств. Их описание можно найти, например в [20 - 22], а краткое сравнение в [18].

Приведем здесь лишь их перечень: линейные устройства, использующие собственную генерацию в качестве накачки, — одночастотный параметрический усилитель [23, 24], широкополосный преобразователь вниз [25, 26], преобразователь вверх [27]; линейные устройства с внешней накачкой (гетеродином) — параметрический усилитель [28, 29], преобразователь вниз [30, 31], квадратичные детекторы — широкополосный и селективный детекторы [32 - 36].

Стоит отметить, что одним из первых практических применений ДП, было его применение в Фурье-спектроскопии дальней ИК области [37]. При этом переход использовался как неселективный квадратичный детектор, а в эксперименте измерялось подавление критического тока (см. ниже) излучением, выходящим из интерферометра Майкельсона.

Кроме использования нелинейных свойств, определяемых тунелированием электронных пар и ЭД, на протяжении уже многих лет также используется нелинейность, связанная с квазичастичным туннелированием в сверхпроводящих v структурах типа SIS [38,39]. х ^

Среди всех приемных устройств, принцип действия которых основан на явлении сверхпроводимости, пожалуй, особое место занимают частотно-селективный детектор, основанный на нестационарном ЭД, и смеситель (преобразователь частот) с самонакачкой. Эти устройства, по сути, сами собой представляют спектрометры или спектроанализаторы. При своей работе, для измерения спектра они не требуют никакого дополнительного спектроскопического оборудования. Остальные устройства являются лишь приемными (регистрирующими, как детекторы, либо преобразующими, как смесители), а для получения спектральной информации необходимо дополнительное оборудование, вносящее селективность в процесс взаимодействия с внешним сигналом. Таким образом, частотно-селективный джозефсоновский детектор и смеситель с самонакачкой могут служить основой самостоятельных спектроскопических методик. Этот факт придает дополнительный стимул к исследованию возможностей их и основанных на них методик спектрального анализа [40,41].

В отличие от смесителя с самонакачкой, частотно-селективный джозефсоновский детектор является квадратичным устройством и обладает свойством аддитивности. Поэтому, он в большей мере пригоден для работы с непрерывными широкополосными сигналами, включающими в себя частотные компоненты, разнесенные на декаду и более. Было показано [40], что отклик частотно-селективного джозефсоновского детектора связан со спектром внешнего сигнала интегральным преобразованием Гильберта [42]. И поэтому, связанная с ним спектроскопическая методика получила название Гильберт-спектроскопии (ГС). Более подробно введение в теорию ГС будет изложено ниже в главе 1.

ГС не сталкивается с описанными выше трудностями, присущими традиционным спектроскопическим методикам в промежуточной области частот по ряду причин. Во-первых, ее чувствительный элемент, т.е. селективный джозефсоновский детектор, является селективным по частоте внешнего излучения и может быть сделан довольно компактным. Во-вторых, все процессы, сопровождающие перестройку по частоте и измерения сигналов, являются электрическими. Их характерные времена, определяются в основном внешними электронными приборами, т.к. характерное время процессов, происходящих внутри ДП очень мало. Соответственно, возможны быстрые измерения. В-третьих, предельные разрешение и чувствительность ГС определяются только уровнем электрических шумов в охлаждаемом детекторе с довольно низким электрическим сопротивлением.

В современной экспериментальной и прикладной физике существует тенденция перехода от использования низкотемпературных сверхпроводников (НТСП) к высокотемпературным (ВТСП). Открытие ВТСП [43] существенно повысило интерес к возможности практического применения явления сверхпроводимости в электронике. Это повышение интереса связано, в первую очередь, с увеличением энергетической щели в спектре возбуждения сверхпроводников, а также с возможностью оптимизации рабочих параметров в более широком интервале температур.

Как будет показано ниже в главе 1, при изложении основ теории ГС, она является одной из немногих практических применений явления сверхпроводимости, для которых открытие ВТСП связано с появлением качественно новых возможностей именно в научно-прикладном смысле.

Современная ситуация в спектроскопии миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего ИК диапазонов характеризуется появлением новых типов источников излучения. Так, наряду с уже широко распространенными газовыми лазерами дальнего

ИК диапазона (см. например [44]) и лампами обратной волны (JIOB) (см. например [45]), способными излучать монохроматические сигналы практически во всей данной спектральной области с мощностью, достигающей в непрерывном режиме нескольких милливатт и даже более, в различных областях физики появились мощные источники широкополосных сигналов. А именно, появились фотоэлектрические или электрооптические источники терагерцового диапазона, возбуждаемые фемтосекундным импульсным лазером [46], источники синхротронного или переходного излучения от релятивистских электронных пучков [47], квантовые каскадные лазеры [48].

Одним из основных свойств этих источников является нестационарность происходящих в них физических процессов. Соответственно, их излучение, находящееся, в основном, в терагерцовой (1^-10 ТГц) и субтерагерцовой (0,1 + 1 ТГц) областях, имеет импульсный характер с высокой частотой повторения, находящейся в районе мегагерц, и обладает высокой спектральной плотностью из-за концентрации излучения в очень коротких импульсах. Эти свойства дают принципиальную возможность увеличения отношения сигнала к шуму, либо скорости спектроскопических измерений по сравнению со случаем использования стационарных широкополосных источников.

Реализация такой возможности накладывает свои требования на приемники сигналов и спектроскопические методики в целом. Так одними из основных характеристик при оценке скоростных возможностей приемника являются постоянная времени, характеризующая протекающие внутри него процессы, и динамический диапазон (ДД) по мощности входного сигнала, в котором приемник может быть использован. Важными же характеристиками спектроскопической методики являются: скоростные свойства применяющихся электрических схем сбора и обработки данных, а также скоростные свойства системы сканирования вдоль спектра.

Наверное, не стоит рассматривать возможность использования в экспериментах с новыми импульсными источниками методики спектрального анализа с высоким разрешением, основанной на гетеродинном приеме, из-за больших сложностей при перестройке частоты в широких пределах и из-за довольно высокой частоты диапазона. Традиционная Фурье-спектроскопия, пригодная для данного частотного диапазона, наверное, никогда не позволит производить измерения с такими источниками в режиме "реального времени" и полностью использовать преимущества этих источников высокой яркости из-за принципиальной необходимости механического перемещения частей установки на большие расстояния. Однако, она может применяться в медленном режиме с многочисленным усреднением [49]. Кроме того, в экспериментах с подобного рода источниками используются и другие медленные методики, например решеточная спектроскопия [50, 51].

В настоящее время, для работы с импульсными источниками терагерцового и субтерагерцового диапазонов используется интенсивно развивающаяся методика, получившая название "Terahertz time-domain spectroscopy" [52, 53]. Эта методика, работающая с мощными импульсными сигналами, включающая в себя линию задержки и детектор на основе эффекта фотопроводимости, использует Фурье-преобразование для восстановления спектра по регистрируемому сигналу, имеющему разрешение по шкале времени. С использованием этой методики уже был проведен ряд экспериментов по определению спектральных свойств некоторых объектов [54 - 57]. Недостатками данной спектроскопической методики являются невысокая чувствительность используемых приемных устройств и наличие механической линии задержки.

Все сказанное выше определяет интерес к развитию ГС в направлении работы с широкополосным излучением и излучением, имеющим импульсный характер. Данная работа посвящена экспериментальному исследованию свойств частотно-селективного джозефсоновского детектора на основе ВТСП ДП, а также практическому исследованию возможности его использования в ГС для измерения широкополосных спектров электромагнитного излучения субтерагерцового диапазона.

Данная работа состоит из введения и 3 глав; содержит 135 страниц, 39 рисунков, 3 таблицы и список ссылок из 143 пунктов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Экспериментально обоснован выбор джозефсоновских переходов, изготовленных из с-ориентированных тонких пленок УВагСизО?.* на бикристаллических подложках из (110) ЫсЮаОз, для создания частотно-селективного джозефсоновского детектора субтерагерцового диапазона частот. Определены условия, при соблюдении которых характеристики этих переходов описываются упрощенной резистивной моделью. Получено, что ВАХ переходов и их отклики на внешнее монохроматичное излучение субтерагерцового диапазона согласуются с аналогичными характеристиками из резистивной модели для переходов шириной менее 3 мкм с сопротивлением Rn ~ 1 Ом при температурах Т= 50 80 К.

2. На основе указанных переходов созданы лабораторные макеты частотно-селективных джозефсоновских детекторов, использующие малошумящие (1,6 * Ю~10 В/Гцха) и широкополосные (=10 МГц) аналоговые электронные схемы, отличающиеся по способу задания электрического смещения на переходе.

3. В рамках резистивной модели проведена теоретическая оценка динамического диапазона по мощности для частотно-селективного джозефсоновского детектора из ВТСП. Показано, что величина динамического диапазона увеличивается с понижением сопротивления джозефсоновского перехода и может превосходить 50 дБ в субтерагерцовом диапазоне частот для переходов из ВТСП при азотных температурах.

4. Впервые экспериментально исследован динамический диапазон по мощности для частотно-селективного джозефсоновского детектора из ВТСП. Достигнута величина динамического диапазона 54 ± 1 дБ для излучения с частотой /=86 ГГц при рабочей температуре перехода Т = 80 К. Минимальная экспериментально полученная величина эквивалентной шумовой мощности в расчете на поглощенную мощность составила (8±5) х 10"15 Вт/Гцха, что согласуется с аналогичной величиной, определяемой собственными тепловыми шумами джозефсоновского перехода. Чувствительность внутри динамического диапазона составила (3 ± 1)х 104 А/Вт.

5. На основе частотно-селективных джозефсоновских ВТСП детекторов созданы макеты Гильберт-спектрометров для работы со стационарными и импульсными широкополосными источниками излучения субтерагерцового диапазона частот. Экспериментально реализована отсечка компонент широкополосного спектра, детектирующихся на джозефсоновском переходе неселективным образом.

6. Впервые, продемонстрирована возможность измерения с помощью Гильберт-спектроскопии спектров пропускания фильтров высоких частот, а также спектров поглощения веществ. При этом, в качестве стационарного источника субтерагерцового излучения использовалась ртутная лампа высокого давления.

7. Впервые продемонстрирована возможность работы макета Гильберт-спектрометра с импульсным излучением. В скоростном режиме измерения достигнуто время сканирования, равное ~ 7 мс, для спектра, содержащего 512 точек. Динамический диапазон по мощности при использовании всей частотной полосы аналоговых электронных схем составил около 20 дБ. С помощью скоростного макета Гильберт-спектрометра проведена демонстрация возможности измерений спектра когерентного переходного излучения от релятивистских электронных пучков в линейном ускорителе TESLA (DESY, ФРГ).

Перспективы развития.

В данной работе дан положительный ответ на вопрос о возможности измерения широкополосных спектров излучения субтерагерцового диапазона в рамках Гильберт-спектроскопии. Однако, использованный источник стационарного широкополосного излучения имел малую эффективность в этом диапазоне. От этого очень зависит качество получаемых результатов (низкое соотношение сигнал/шум), а также режим работы спектрометра (медленный из-за необходимости усреднять данные по большому временному интервалу).

Появившиеся и начинающие широко использоваться в последнее время, импульснные источники терагерцового и субтерагерцового спектральных диапазонов предоставляют более высокую яркость излучения. Как было продемонстрировано в данной работе, Гильберт-спектроскопия может успешно работать с широкополосным импульсным излучением. Поэтому, одним из направлений развития Гильберт-спектроскопии должно быть использование интенсивных и позволяющих работать в более быстром режиме источников излучения.

Другим направлением развития Гильберт-спектроскопии, конечно же, является усовершенствование и развитие характеристик джозефсоновского перехода, которые характеризуют и в значительной мере определяют качество Гильберт-спектрометра.

1. Д.Х.Мартин "Техника спектроскопии в дальней инфракрасной, субмиллиметровой и миллиметровой областях спектра", перевод под редакцией Т.М.Лифшица, "Мир", 1970;

2. G.W.Chantry, "Submillimeter spectroscopy", Academic Press, London and New York, 1971;

3. D.H.Martin, Advances in Physics, Vol. 14, P. 39, 1965;

4. A.J.Sievers, M.Tinkham, Phys. Rev., Vol. 124, P. 321, 1960; Vol. 129, P. 1995, I960;

5. E.D.Palik, J.R.Stevenson, Phys. Rev., Vol. 130, P. 1344, 1963;

6. P.L.Richards, M.Tinkham, Phys. Rev., Vol. 119, P. 575, 1960;

7. R.Meredith, F.L.Warner, ШЕЕ Trans, on M.T.T., MTT-11, P.397, 1963;

8. R.F.Renk, L.Genzel, Appl. Optics, Vol. 1, P. 643,1962;

9. L.Genzel, W.Eckhardt, Z. Phys., Vol. 139, P. 579, 1954;

10. Фирма Agilent Technonigies http://we.home.agilent.com/USeng/nav/-12079.0/pc.html;

11. Фирма Bruker Optics; http://www.brukeroptics.com/ftir/index.html;

12. A.A.Michelcon, Light Waves and their Uses, Univ. of Chicago Press, 1902;

13. К.К.Лихарев, В.В.Мигулин, Радиотехника и электроника, Т. 25, Стр. 1121, 1980;

14. T.G.Blaney, Infrared and Millimeter Waves, Vol. 3, P.2, (Academic Press, New York), 1980;

15. В.П.Кошелец, Г.А.Овсянников, Зарубежная литература, Т. 6, Стр. 31, 1983;

16. I.A.Devyatov et al. J. Appl. Phys., Vol. 60, P. 1808, 1986;

17. Б.А.Розанов, С.Б.Розанов, "Приемники миллиметровых волн", "Радио и связь", 1989;

18. К.К.Лихарев, Б.Т.Ульрих "Системы с джозефсоновскими контактами", М.б. Изд-во МГУ, 1978;

19. B.D.Josephson "Possible new effects in superconductive tunneling", Phis. Lett., Vol. 1,P. 251, 1962;

20. T.G.Blaney, Radio El. Eng., Vol. 42, P. 303, 1972;

21. P.L.Richards, F.Auracher, T.Van Duzer, Proc. IEEE, Vol. 61, P. 36, 1973;

22. A.N.Vystavkin, V.N.Gubankov, L.S.Kuzmin, K.K.Liharev, V.V.Migulin, V.K.Semenov, Rev. Appl. Phis., Vol. 9, P. 79,1974;

23. Л.С.Кузьмин, К.К.Лихарев, В.Н.Радзиховский, В.К.Семенов, Радиотехника и электроника, Т. 22, Стр. 1306, 1977;

24. A.N.Vystavkin, V.N.Gubankov, L.S.Kuzmin, K.K.Liharev, V.V.Migulin, V.K.Semenov, IEEE Trans., MAG-13, P. 233, 1977;

25. J.E.Zimmerman, J. Appl. Phys., Vol. 41, P. 1589, 1970;

26. V.Jenkins, E.A.Parker, L.T.Little, Electron Lett., Vol. 8, P. 540,1972;

27. H.Kanter, Rev. Phys. Appl., Vol. 9, P. 255, 1974;

28. P.T.Parrish, M.J.Feldman, H.Ohta, R.Y.Chiao, Rev. Phys., Vol. 9, P. 229, 1974;

29. RJ.Chiao, P.T.Parrish, J. Appl. Phys., Vol. 47, P. 2639, 1976;

30. D.G.McDonald, F.R.Peterson, J.D.Cupp, B.L.Danielson, E.G.Johnson, Appl. Phys. Lett., Vol. 24, P. 335,1974;

31. Y.Taur, J.H.Claassen, P.L.Richards, Appl. Phys. Lett., Vol. 24, P. 101, 1974;

32. C.C.Grimes, P.L.Richards, S.Shapiro, Phys. Rev. Lett., Vol. 17, P. 431, 1966;

33. P.L.Richards, SA.Sterling, Appl. Phys. Lett., Vol. 14, P.394, 1969;

34. T.G.Blaney, Phys. Lett., Vol. 37a, p. 19, 1971;

35. A.A.Fife, S.J.Gigax, Appl. Phys., Vol. 43, p.2391, 1972;

36. T.G.Blaney, C.C.Bradley, J. Phys. D, Vol. 5, p.150, 1972;

37. C.C.Grimes, P.L.Richards, S.Shapiro J. Appl. Phis., Vol. 39, p.3905, 1968;

38. R.A.Havermann, C.A.Hamilton, R.E.Harris, J. Vac. Sci. Technol., Vol. 15, No.2, 1978;

39. P.L.Richards, T.M.Shen, IEEE Trans., ED-27, No. 10, 1980;

40. Ю.Я.Дивин, О.Ю.Полянский, АЛ.Шульман Письма в ЖТФ, Т. 6, стр. 454-457, 1980;

41. Yu.Ya.Divin, O.Yu.Poljanski, A.Ya.Shul'man IEEE Trans. Magn. vol.19, pp. 613-615, 1983;

42. М.Тарасов, А.Шульман, О.Полянский и др., Письма в ЖЭТФ, Т. 70, вып. 5, стр. 338,1999;

43. Г.Корн, Т.Корн, Справочник по математике, перевод под редакцией И.Г.Арамановича "Наука", 1968;

44. J. G. Bednorz, К. A. Muller Z. Phys. В 64,189 (1986);

45. Фирма Edinburg Instruments Ltd.; http://www.edinst.eom//fir.htm;

46. Р.А.Валитов и др., "Техника субмиллиметровых волн", "Советское радио", 1969;

47. C.Baker, I.S.Gregory, W.R.Tribe, et al. Appl. Phys. Lett., Vol. 83, N 20, P. 4113, 2003;

48. G.L.Carr, M.C.Martin, W.R.McKinney, et al. Nature, Vol. 420, N 6912, P. 153,2002;

49. R.K6hler, A.Tredicucci, F.Beltram et al. Nature, Vol. 417, N 6885, P. 156,2002;

50. T.Takahashi et al. Phys. Rev. E, Vol. 48, p. 4674, 1993;

51. T. Nakazato, et al., Phys. Rev. Lett., Vol. 63, 1245, 1989;

52. U. Наррек, A. J. Sievers, Е. В. Blum, Phys. Rev. Lett., Vol. 67,2962, 1991;

53. K.P.Cheung, D.H.Auston, Infrared Phys., Vol. 26, p.23, 1986;

54. D.Grischkowsky, C.C.Chi, I.N.Duling, et al., in Laser Spectroscopy VIII, ed. by W.Persson and S.Svanberg, Springer-Verlag, New York, 1987;

55. M.van Exter, C.Fattinger, D.Grischkowsky, Opt. Lett., Vol. 14, No.20, p.l 128,1989;

56. RA.Cheville, D.Grischkowsky, Opt. Lett., Vol. 20, p.1647,1995;

57. RH.Jacobsen, D.M.Mittleman, M.C.Nuss, Opt. Lett., Vol. 21, p.2011, 1996;

58. G.Sucha, M.Li, D.Harter, X.C.Zhang, Proc. of VSJ-SPIE98, Japan, 1998;

59. W.C.Stewart, Appl. Phys. Lett., Vol. 12, p.277, 1968;

60. D.E.McCumber, J. Appl. Phys., Vol. 39, p.3113,1968;

61. B.D.Josephson, Rev. Mod. Phys., Vol. 36, p.216,1964;

62. A.H.Silver, R.C.Jaklevic, J.Lambe, Phys. Rev., Vol. 141, p.362, 1966;

63. Л.Г.Асламазов, А.ИЛаркин, Ю.Н.Овчинников, ЖЭТФ, Т. 55, Стр.323, 1968;

64. H.Kanter, F.L.Vernon, J. Appl. Phys., Vol. 43, p.3174,1972;

65. К.К.Лихарев, В.К.Семенов, Радиотехника и электроника, Т. 18, Стр.1757,1973;

66. A.Marx, L.Alff, R.Gross, IEEE Trans, on Appl. Supercond., Vol. 7, No.2, p.2719, 1997;

67. T.Kemen, A.Marx, L.Alff, D.Koelle, R.Gross, Trans, on Appl. Supercond., Vol. 9, No.2, p.3982, 1999;

68. Y.Y.Divin, H.Schulz, U.Poppe, N.Klein, K.Urban, V.V.Pavlovskii, Appl. Phys. Lett., Vol. 68, p.1561, 1996;

69. Y.Y.Divin, V.V.Pavlovskii, O.Y.Volkov, H.Schulz, U.Poppe, N.Klein, K.Urban, IEEE Trans, on Appl. Supercond., Vol. 7, No.2, p.3426, 1997;

70. S.Shapiro, A.Janus, S.HoIly, Rev. Mod. Phys., Vol. 36, p.223,1964;

71. В.В.Широтов, Дипломная работа, МФТИ, 1997;

72. Y.Y.Divin, O.Y.Volkov, V.V.Shirotov, et al. Proc. SPIE, Vol. 3465, p.309, 1998; Y.Y.Divin, U.Poppe, V.V.Shirotov, et al. IEEE Trans, on Appl. Supercond., Vol. 9, p.3346, 1999;

73. Yu.V.KisIinskii, K.Y.Constantinian, I.V.Borisenko, G.A.Ovsyannikov and P.Yagoubov, Physica C, 372-376 pp. 436-439,2002;

74. M.B.Лятти, Дипломная работа, МФТИ, 2001;

75. Y.Y.Divin, O.Y.Volkov, M.V.Laytti, V.V.Shirotov, V.V.Pavlovskii, U.Poppe, P.M.Shadrin, K.Urban, Physica C, 372-376, pp. 416-419,2002;

76. K.Nakajima, J.Chen, H.Myoren, T.Yamashita, P.Wu, IEEE Trans, on. Apll. Supercond., Vol. 7, No.2, p. 2607,1997;

77. Y.Divin, O.Volkov, V.Pavlovskii, V.Shirotov, P.Shadrin, U.Poppe, K.Urban, in: Advaces in Solid State Phys., ed. B.Kramer, Vol. 41, p.301, (Springer, Berlin), 2001;

78. F.Ludwig, J.Menzel, A.Kaestner, M.Volk, M.Schilling, IEEE. Trans, on Appl. Supercond., Vol. 11, No.l, p.586,2001;

79. U.Stumper, J.H.Hinken, W.Richter, D.Schiel, L.Grimm Electijnics Lett., Vol. 20, 540, 1984.

80. Y.Y.Divin, S.Y.Larkin, S.E.Anischenko, P.V.Khabayev, S.V.Korsunsky Int. J. Infrared & Millimeter Waves, Vol. 14, pp.1367-1373, 1993.

81. M.Tarasov, A.Shul'man, V.Koshelets et al. IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 5, N.2, p. 2686, 1995;

82. S.Y.Larkin, S.EAnischenko, V.V.Kamyshin P.V.Khabayev Proceedings SPIE, 2842, 607, 1996;

83. Y.Y.Divin, A.V.Andreev, G.M.Fischer, J.Mygind, N.F.Pedersen, K.Herrmann, V.N.Glyantsev, M.Siegel, A.I.Braginski Appl. Phis. Lett., Vol. 62, pp. 1295-1297, 1993;

84. P.Chaudhari, J.Mannhart, D.Dimos, C.C.Chi, M.M.Oprysko, M.Scheuermann Phis. Rev. Lett., Vol. 60, pp. 1653-1655, 1988;

85. D.Dimos, P.Chaudhari, J.Mannhart, F.K.LeGoues Phis. Rev. Lett., Vol. 61, pp. 219222,1988;

86. J.Mannhart, P.Chaudhari, D.Dimos, C.C.Tsuei, T.R.McGyire Phis. Rev. Lett., Vol. 61, pp. 2476-2479, 1988;

87. R.Gross, L.Alff, A.Beck, O.M.Froelich, D.Koelle, A.Marx IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 7, pp. 2929-2935, 1997;

88. H.Hilgenkamp, J.Mannhart IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 9,3405, 1999;

89. U.Poppe, et. all, J. Appl. Phys., Vol. 71, p.5572,1992;

90. Y. Y.Divin, I.M.Kotelyanskii, P.M.Shadrin, O.Y.Volkov, V.V.Shirotov, V.N.Gubankov, H.Shulz, U.Poppe, Proceedengs of EUCAS 97, ed. by H.Rogalla and

91. D.H.Blank, IOP Publishing Ltd, Bristol, p.467, 1997;

92. Y.Y.Divin, H.Schulz, U.Poppe, N.Klein, K.Urban, P.M.Shadrin, I.M.Kotelyanskii,

93. E.A.Stepantsov Phisica C, Vol. 256, pp. 149-155,1996;

94. H.Schulz, U.Poppe, N.Klein, K.Urban, Y.Y.Divin, I.M.Kotelyanskii IEEE Trans. Appl. Supercond., Vol. 7, pp. 3009-3012,1997;

95. U. Poppe, Y.Y. Divin, Abschlussbericht zum BMBF-Projekt "Hilbert-Transformations-Spektroskopie mit Hogh-Tc-Josephsonkontakten", Mai 1998;

96. P.M.Shadrin, Y.Y.Divin, Physica C, Vol. 297, pp.69-74,1998;94. http://www.aim-ir.com/english/products/coolers.html;

97. Л.М.Сороко, Гильберт-оптика, Москва, "Наука", 1981;

98. R.R.Ernst, J. Magn. Resonance, Vol. 1, No.l, p.7, 1969;

99. Хоровиц, У.Хилл Искусство схемотехники, Москва, Мир, 1983;

100. У.Гитце, К.Шенк Полупроводниковая схемотехника, Москва, Мир, 1982;

101. B.L.Blackford, Rev. Sci. Instrum., Vol. 42, No. 8, pp. 1198-1202,1971;

102. C.Dolabdjian, D.Robbes, E.Lesquey, Y.Monfort, Rev. Sci. Instrum., Vol. 64, No. 3, pp. 821-822, 1993;

103. C.Dolabdjian, P.Poupard, V.Martin, C.Gunther, J.F.Hamet, D.Robbes, Rev. Sci. Instrum., Vol. 67, No. 12, pp. 4171-4175,1996;

104. N.N.Ukhansky, L.Doerrer, F.Schmidl, P.Seidel IEEE Trans. Appl. Supercond. Vol. 9, No.2, p.4416, 1999;

105. N.N.Ukhansky, S.A.Gudoshnikov, I.I.Vengrus, O.V.Snigirev, Proc. of 5th Int. Supercond. El. Conference (ISEC'95), pp.346-348, 1995;

106. N.N.Ukhansky, S.A.Gudoshnikov, R.Weidl, L.Doerrer, P.Seidel Proc. Of 6th ISEC'97, eds. H. Koch and S. Knappe, pp 80-82., 1997;

107. LNA-1618 Low-noise, liquid nitrogen preamplifier, AGIV GROUP Ltd., 117296 Moscow;106. см. например каталог фирмы Analogue Devices (low noise amp. AD797) http://products.analog.com/products/info.asp?product=AD797:

108. D.F.Filipovich, S.S.Gearhart, G.M.Rebeitz, IEEE Trans, on MTT, Vol. 41, No.10, p. 1738,1993;

109. P.A.Rosenthal, E.N.Grossman, IEEE on MTT, Vol. 42, N. 4, p. 707, 1994;

110. A.Gaugue, E.Caristan, D.Robbes, C.Gunther, A.Sentz, A.Kreisler, J. Phys. IV France, Vol. 8, p.263, 1998;

111. Y.Y. Divin, U. Poppe, O.Y. Volkov, V.V. Pavlovskiy Appl. Phys. Lett., Vol. 76, N. 20, p. 2826,2000;

112. M. Kawasaki, P. Chaudhari, A. Gupta, Phys. Rev. Lett., Vol. 68, N 7,1992;

113. A.H. Miklich, J. Clarke, M.S. Colclough, K. Char, Appl. Phys. Lett., Vol. 60, N 15, p. 1899, 1992;

114. ИЗ. В .А.Куликов, К.К.Лихарев, Радиофизика, Т. 19, N.4, Стр.543, 1976;

115. В.В. Широтов, Ю.Я. Дивин, Письма в ЖТФ, Т. 30, вып. 12, Стр. 79,2004;115. см. каталог фирмы Millitech: www.millitech.com/cadiv/products2.htm;116. см. каталог фирмы Farran Technology: http://www.farran.com/index.php?sc=3;

116. V. Shirotov, Y. Divin, K. Urban, IEEE Trans, on Appl. Supercond., Vol. 11, p. 955, 2001;

117. А.В.Андреев, КХЯ.Дивин, Письма в ЖТФ, Т. 20, вып.13, Стр. 24, 1994;

118. M.Tarasov, A.Shul'man, O.Polyansky, et al., Int. Conf. on MM & Submm Waves and Appl., Denver, Co, pp. 89-90, 1996;

119. Каталог фирмы Oriel Instruments (Optical Instruments & Components) www.oriel.com/netcat/catindex.htm;

120. V.V.Shirotov, Y.Y.Divin and K.Urban, Physica C, Vol. 1, pp. 372,2002;

121. B.B. Широтов, Ю.Я. Дивин, Письма в ЖТФ, Т. 30, вып. 13, Стр. 59,2004;

122. C.C.Chen, IEEE Trans.on М.Т.Т., МТТ-18, No.9, р.627,1970;

123. C.C.Chen, IEEE Trans, on M.T.T., MTT-21, No.l, p.l, 1973;

124. C.Winnewisser, F.Lewen, H.Helm, Appl. Phys., Vol. 66, p.593, 1998;

125. I.Wilke, M.Khazan, C.T.Rieck, P.Kuzel, T.Kaizer, C. Jaekel, H.Kurz, J. Appl. Phys, Vol. 87, p.2984,2000;

126. P. Kuzel, Institute of Physics, Czech Acad. Sci., частное сообщение;128. см. например каталог Jet Propulsion Laboratory http://spec.jpl.nasa.gov/ftp/pub/catalog/catform.html;

127. Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшиц "Электродинамика сплошных сред", Москва, "Наука", 1982.

128. Ф.Г.Басс, В.М.Яковенко УФН, Т. 86, Стр. 189, 1965.

129. В .Л.Гинзбург, В.Н.Цытович УФН, Т. 126, Стр. 553, 1978, Physics Reports, Vol. 49, p.l, 1979.

130. H.Wiedemann AIP Conf. Proc. 367,293, 1996.

131. K.Hanke Beam Diagnostics using Coherent Transition Radiation at the TESLA Test Facility Linac, DESY-TESLA 97-14,1997.

132. C.J.Hirschmugl, M.Sagurton, G.P.Williams Phys. Rev. A, Vol. 44, N. 2,1991.

133. J.S.Nodvick, D.S.Saxon Phys. Rev., Vol. 96, N. 1, 1954.

134. E.B.Blum, U.Happek, A.J.Sievers Nucl. Instr. Meth. A307, 1991.

135. TESLA Collaboration, TESLA Test Facility Linac - Design Report, DESY -TESLA 95-01, 1995.

136. K.Hanke TESLA Collaboration, Report DESY - TESLA 97-19,1997.

137. R.Lai, A.J.Sievers Nucl. Instr. Meth. A397, 1997.

138. M.Geitz, K.Hanke, P.Schmueser, Y.Y.Divin, U.Poppe, V.V.Pavlovskii, V.V.Shirotov, O.Y.Volkov, M.Tonutti TESLA Collaboration, Report, DESY - TESLA 9810, 1998.

139. A. Ahmet, Interner Bericht Feb.2000, Forschungszentrum Julich, FZJ-ZEL-IB-500200;

140. Дж.Бендат, А.Пирсон, "Прикладной анализ случайных данных", Мир, 1989.