[发明专利]太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统

说明书

本发明是太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统，包括若干组石墨烯探测器单路读出系统、主传输线、低温低噪声放大器、频谱仪；每组石墨烯探测器单路读出系统均与主传输线连接，主传输线的输出端连接有低温低噪声放大器，低温低噪声放大器的信号输出端与频谱仪信号连接；该种多路读出系统中不同石墨烯探测器单路读出系统输出不同频率的热噪声信号，通过同一组低噪声放大器和频谱仪对输出信号进行放大、读取分析，该种多路读出系统极大简化了系统结构，且易于实现。

技术领域

本发明是涉及太赫兹技术领域，具体的说是太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统。

背景技术

太赫兹（THz）波段通常定义为0.1-10 THz 的频率区间，有强分子吸收和色散、高空间分辨率、低光子能量等诸多特点，在天文学、物理学、材料科学、生命科学、信息技术等领域具有重要科学意义及丰富应用前景。目前，太赫兹波段高灵敏度非相干探测器技术主要有超导相变边缘探测器和超导动态电感探测器。近年来，另一种新兴的太赫兹波段高灵敏度非相干探测器技术，即石墨烯热电子探测器，获得了国内外许多研究小组高度关注。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的单层片状结构材料，石墨烯特殊的碳原子单层结构使其具有许多独特物理特性。例如，低温环境下石墨烯具有电子热容小和电声相互作用弱等特性，这些特性使得石墨烯成为研制热电子探测器最佳材料之一。美国加州理工学院研究小组根据石墨烯低温物理参数和探测器理论模型，提出石墨烯热电子探测器可实现与太赫兹超导探测器相媲美甚至更优灵敏度。另外，石墨烯热电子探测器具有宽工作温区（超导探测器必须工作于临界温度以下温区，石墨烯热电子探测器无此限制）和大动态范围等优势。

目前，国内外许多研究小组正积极开展太赫兹波段石墨烯热电子探测器技术研究，其中太赫兹波段基于热噪声读出的石墨烯热电子探测器是重要研究方向之一。热噪声读出是指通过读取石墨烯热电子探测器热噪声（PJ=kBTeB，其中PJ是热噪声，kB波尔兹曼常数，Te电子温度，B检测带宽）变化来检测光子辐射强度。由于低温（如4 K）环境工作石墨烯热电子探测器输出热噪声通常很小（10-13 W量级），无法通过功率计直接读取，因此需要采用微波频段低温低噪声放大器放大石墨烯热电子探测器输出热噪声。对于大规模阵列石墨烯热电子探测器，如果每个石墨烯热电子探测器都采用单独低温低噪声放大器来放大读取，将使得整个阵列探测器系统结构非常复杂。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统，其特征在于：包括若干组石墨烯探测器单路读出系统、主传输线、低温低噪声放大器、频谱仪；

每组石墨烯探测器单路读出系统均与主传输线连接，主传输线的输出端连接有低温低噪声放大器，所述的低温低噪声放大器的信号输出端与频谱仪信号连接；

所述的石墨烯探测器单路读出系统包括石墨烯热电子探测器和微波频段带通滤波器，所述的石墨烯探测器单路读出系统用于采集热噪声，并对热噪声进行频率选择，最终输出不同频率的热噪声；

若干组石墨烯探测器单路读出系统输出的热噪声频率均不相同；

所述的主传输线用于将不同频率的热噪声信号进行耦合并输出；

所述的低温低噪声放大器用于对所有石墨烯探测器单路读出系统输出的不同频率的热噪声信号进行放大；

所述的频谱仪用于读取分析放大后的热噪声信号。

所述的石墨烯探测器单路读出系统包括石墨烯热电子探测器、隔值耦合电容、1/4波长电感、谐振耦合电容和1/4波长隔离电感；