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Main Title: Entwicklung von Hot Electron Bolometer-Mischern für Terahertz-Heterodynempfänger
Author(s): Richter, Heiko Helmut
Advisor(s): Hübers, Heinz-Wilhelm
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Bisher ist der ferninfrarote Spektralbereich der Wellenlängen zwischen 50 um und 1 mm (entspricht dem Frequenzbereich zwischen 300 GHz und 6 THz) umfasst - ein weitgehend unerschlossener Teil des elektromagnetischen Spektrums. Gründe hierfür sind einerseits die auf Grund ihrer hohen Komplexität noch nicht so weit entwickelte Detektortechnologie wie dies für andere Spektralbereiche der Fall ist, andererseits sind Beobachtungen von der Erdoberfläche aus nur in äußerst eingeschränktem Umfang möglich, da nahezu die gesamte Infrarotstrahlung durch Wasserdampf, CO2, Ozon und andere Moleküle in den unteren Schichten der Erdatmosphäre absorbiert wird. Innerhalb der nächsten zehn Jahre werden verschiedene ballon-, flugzeug- und satellitengetragene Beobachtungsplattformen für den FIR-Bereich zum Einsatz kommen, die nicht - oder nur in stark eingeschränktem Maße - dem störenden Einfluss der Erdatmosphäre ausgesetzt sein werden. Diese Observatorien werden eine wesentlich bessere Empfindlichkeit und räumliche Auflösung bieten und daher neue Beobachtungen in diesem noch relativ unerforschten Teil des elektromagnetischen Spektrums ermöglichen. Damit nicht nur die Existenz von Elementen und Molekülen sowie deren Häufigkeit bestimmt werden kann, sondern noch zusätzliche physikalische Umgebungsbedingungen wie z. B. Temperatur, Dichte und das dynamische Verhalten des beobachteten Objektes, ist bei den schwachen, astronomischen Signalen der Einsatz eines hochauflösenden, empfindlichen Empfangssystemes, wie zum Beispiel eines Heterodynempfängers, erforderlich. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Hot Electron Bolometer-Mischer (HEB) charakterisiert und weiterentwickelt, die zentraler Bestandteil der Heterodynempfänger für SOFIA (Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie) und TELIS (TeraHertz Limb Sounder) sind und Zugang zur hochauflösenden FIR-Spektroskopie ermöglichen werden. Hot Electron Bolometer sind dünne, supraleitende Mikrobrücken, in die Signal- und Lokaloszillatorstrahlung mittels einer Kombination aus Linse und Antenne eingekoppelt werden. In der Mikrobrücke entsteht ein normalleitender Bereich, dessen Größe mit der Differenzfrequenz beider Signale variiert und eine entsprechend niederfrequente und als Messsignal dienende Widerstandsänderung der Brücke mit der spektralen Zusammensetzung des Eingangssignales hervorruft. In dieser Arbeit wurden erstmalig Hot Electron Bolometer in einem Frequenzbereich bis 5,2 THz hinsichtlich ihrer radiometrischen Empfindlichkeit (Rauschtemperatur), Zwischenfrequenz-Bandbreite und Antennencharakteristik (Leistung und Polarisation) charakterisiert und optimiert. Weiterhin wurden der Einfluss der Substratoberfläche auf die Leistungsfähigkeit, sowie die Konversionseffizienz, die Linearität und die Stabilität der HEB-Mischer untersucht. Die Kenntnis der damit verbundenen charakteristischen HEB-Mischereigenschaften wie zum Beispiel Empfindlichkeit, Bedarf an Lokaloszillatorleistung und Strahleinkopplung, sind für eine wesentlich effizientere Nutzung der Beobachtungszeit sowie für die wissenschaftliche Datenqualität von sehr großer Bedeutung. Durch Spektroskopie einer Methanolemissionslinie konnte der praktische Einsatz eines THz-Heterodynempfängers mit einem NbN-HEB-Mischer demonstriert werden. Die in dieser Arbeit durchgeführten Messungen zeigen erstmalig die praktische Einsatzfähigkeit eines Hot Electron Bolometer als Mischer in einem Heterodynempfänger bei Frequenzen größer als 3 THz. Dies ist von elementarer Bedeutung für ihren Einsatz auf SOFIA und der dortigen Messung der OI-Linie bei 4,74 THz.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-10218
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1422
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1125
Exam Date: 4-Apr-2005
Issue Date: 17-Jun-2005
Date Available: 17-Jun-2005
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Antennendiagramme
FIR
Hot Electron Bolometer
Planarantennen
Rauschtemperatur
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Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Publications

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