PDF《高Tc 超导探测器的进展与应用前景 3》

21 WHz - 1/

2 ,响应时间 τ约为

10 -

10 s ,光谱 响应可到微波范围. (5) 非平衡光电效应(non - equilibrium photo effect) . 在1971 年,Testardi 用Ar + 激光 照射超导 Pb 膜时 ,感应出电阻现象[13 ] ,即超导 电性消失 ,称这种现象为非平衡光电效应. Tes2 tardi 认为这是借助于光子破坏了超导库珀电 子对而产生准粒子 ,准粒子的存在使超导能隙 被压缩 ,并破坏了超导电性 ,也即实现了对红外 辐射的检测. 如今 ,已在 Sn ,Pb 及其他氧化物、 BaPbBiO 和YBCO 等材料中观察到这种现象 , 其响应时间优于

10 -

6 s. (6) 光磁量子效应 (photofluxonic effect) . 这一效应是从超导相位滑移物理概念发展起来 的,1990 年 ,由 Kadin 等人形成光磁量子探测 红外辐射的新型机理[14 ] . 当条状超导体宽度小 于超导相干长度时 ,在临界电流 Ic 下 ,其超导 电性的破坏要经过局部相位滑移 ,并形成中心 涡旋. 就是说 ,超导能隙 Δ局部压缩为零 ,超导 相位重复地滑移. 对于二维超导体来说 ,这个滑 移过程就连接成圈 ,形成涡旋 - 反涡旋对 ,在两 个涡旋中产生横向的洛伦兹力 ,彼此排斥而分 开 ,同时产生了净磁通为 Φ0 的电压脉冲. 当有 入射辐射时 ,一个光子在超导膜中产生净磁通 Φ0 ,则N个光子在单位时间 (秒) 产生净直流 平均电压 V = (Φ0/ h υ ) P ( P 为极化强度) , 则 有磁量子电压响应率 Rv = Φ0/ h υ= 1/

2 ef . 已用NbN 和BaPbBiO 膜在实验上证实了这种光 助涡旋磁量子探测辐射的微观机制 ,分别得到 Rv 为6000V/ W 和104 V/ W 的结果 ,其τ值优 于纳秒. (7) 能斯特效应. 当入射光照射高 Tc 膜时,膜内产生了垂直于表面的温度梯度 ,在外加 磁场下沿膜表面可测出红外辐射的存在. 它是 由磁通线的消钉扎和温度梯度驱动磁通线的机 制实现检测的. 其响应速度较快 ,为10 -

6 s 级. (8) 电流与温度关系机制.

1993 年,Flik 等 人提出了一种新型辐射探测器 ,称为本征超导 辐射探测器( ISRD) . 它是利用超导薄膜的临界 电流 Ic 与T的关系制成的 ,美国麻省理工学 院(MIT) 获得结果如下 : R = 1000A・ W -

1 ,NEP =

216 *10 -

12 W・ Hz - 1/

2 , D

3 =

217 *109 cm・ Hz1/

2 ・ W -

1 ,有潜力达到声子噪声限[15 ] . (9) 热电子型. 它是由美国 Berkeley 大学提 出来的深低温探测器 ,其D3达到

1115 *1015 cm・ Hz1/

2 ・ W-

1 的高性能.

3 探测器技术水平与特点 根据上述

9 种探测机理都已设计制造了各 种样式的高 Tc 超导红外探测器 ,其中较成熟 的是根据 R - T 关系制造的 bolometer 型器 件. 其次是 Josephson 结型器件. 表1列出了几 种水平较高的探测器的主要性能. ・

1 6

2 ・

28 卷(1999 年)

5 期表1高Tc 超导探测器的主要性能 超导材料 类型 NEP/ W・ Hz - 1/

2 D

3 / cm・ Hz1/

2 ・ W -

1 研究机构 YBCO bolometer

710 *

10 -

14 210 *

1010 中科院昆明物理研究所 YBCO bolometer

111 *

10 -

13 118 *

1010 中科院上海技术物理研究所 GBCO bolometer

318 *

10 -

12 117 *

1010 西北大学 ,北京物理研究所 YBCO bolometer

718 *

10 -

12 813 *

109 华中理工大学 YBCO bolometer

116 *

10 -

11 610 *

109 美国航天局(NASA) YBCO bolometer

510 *

10 -

12 114 *

1010 Berkeley 大学 YBCO ISRD

216 *

10 -

12 217 *

109 MIT YBCO bolometer

415 *

10 -