Терагерцовый генератор с широким диапазоном перестройки частоты на основе джозефсоновских туннельных структур

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-79-20343

НазваниеТерагерцовый генератор с широким диапазоном перестройки частоты на основе джозефсоновских туннельных структур

Руководитель Кинев Николай Вадимович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №24 - Конкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-306 - Инженерно-физические проблемы электротехники и технической сверхпроводимости

Ключевые слова сверхпроводниковые материалы, туннельные структуры, джозефсоновский переход, источники и генераторы, ТГц диапазон частот, микроэлектроника

Код ГРНТИ29.19.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
На сегодняшний день отсутствуют компактные, легко перестраиваемые, недорогие и коммерчески доступные источники гетеродина в ТГц области. При этом на них имеется большой спрос со стороны радиоастрономии и астрофизики, поскольку в ТГц диапазоне лежат спектральные линии множества молекул, формирующих межзвездное пространство и астрономические объекты. Разрабатываемые источники также востребованы в ряде других областей: медицина – для неинвазивной диагностики болезней методом спектрального анализа состава выдыхаемого воздуха; системы безопасности – выявление и определение взрывчатых, отравляющих и других опасных веществ, обнаружение предметов сквозь оптически непрозрачные оболочки; информационно-коммуникационные технологии, промышленность, фундаментальные исследования в химии, биологии, физике конденсированного состояния. Поэтому крайне актуальным представляется разработка мощных, компактных генераторов непрерывного ТГц излучения с широким диапазоном перестройки частоты и высоким качеством спектральной линии, в т.ч. стабильностью сигнала. В проекте предлагается разработка генератора ТГц излучения, работающего в диапазоне от 300 ГГц до 1 ТГц и обладающего перечисленными качествами. Предлагаемый генератор основан на фундаментальном принципе джозефсоновской генерации – нестационарном эффекте Джозефсона, который заключается в генерации переменного электромагнитного сигнала при задании постоянного напряжения на переходе «сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник» (СИС) с линейным отношением частоты генерируемого сигнала к напряжению смещения 483,6 ГГц/мВ. Такой генератор излучает ТГц сигнал высокого качества в свободное пространство, при этом его достаточно легко согласовать с любым детектором для гетеродинного приёма, а также использовать как независимый источник для задач спектроскопии и других применений. Выходная мощность излучения достаточна для решения широкого круга задач гетеродинного детектирования и спектроскопии. Для решения поставленной задачи необходимо доставить выходное ТГц излучение планарной структуры распределённого джозефсоновского СИС-перехода во внешнее пространство при помощи антенно-линзовой системы. Конечным устройством, разрабатываемым в рамках данного проекта, является компактный криогенный модуль с генератором ТГц диапазона, излучающим в свободное пространство. Ожидаемый рабочий диапазон частот от 300 до 700 ГГц; будет также исследована возможность генерации до 1 ТГц. Конечной целью является возможность использования генератора как компактного и высокоэффективного криогенного источника гетеродина в малогабаритных современных системах охлаждения замкнутого цикла. Таким образом, проект подразумевает разработку конструкции прибора методами численного моделирования, изготовление экспериментальных образцов и проведение достаточно сложного и высокотехнологического физического эксперимента при низких температурах (около 4,2 К) с использованием криогенного, вакуумного, СВЧ- и иного оборудования.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Барышев А.М., Кошелец В.П. Wideband Josephson THz flux-flow oscillator integrated with the slot lens antenna and the harmonic mixer EPJ Web of Conferences, 195, 02003 (год публикации - 2018)
10.1051/epjconf/201819502003

2. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Барышев А.М., Кошелец В.П. Flux-flow Josephson oscillator as the broadband tunable terahertz source to open space Journal of Applied Physics, 125, 151603 (2019) (год публикации - 2019)
10.1063/1.5070143

3. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Барышев А.М., Кошелец В.П. A 0.33-0.73 THz source based on phase-locked Josephson flux-flow oscillator IEEE Xplore (год публикации - 2019)

4. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Барышев А.М., Кошелец В.П. An Antenna with a Feeder for a Superconducting Terahertz Josephson Oscillator with Phase Locking Journal of Communications Technology and Electronics, Vol. 64, No. 10, pp. 1081–1086 (год публикации - 2019)
10.1134/S1064226919090122

5. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Барышев А.М., Кошелец В.П. Terahertz Source Radiating to Open Space Based on the Superconducting Flux-Flow Oscillator: Development and Characterization IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, Vol. 9, No 6, pp. 557-564 (год публикации - 2019)
10.1109/TTHZ.2019.2941401

6. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Кошелец В.П. A Tunable subTHz Source Based on the Josephson Oscillator with Phase Locking 2019 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW), Vol. 1, 8792799, pp.192-195 (год публикации - 2019)
10.1109/RSEMW.2019.8792799

7. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Фоминский М.Ю., Барышев А.М., Кошелец В.П. Superconducting Flux-Flow Oscillator as a Terahertz External Local Oscillator for Heterodyne Receiving International Symposium on Space Terahertz Technology, Vol. 1, P. 49-40. (год публикации - 2019)

8. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Фоминский М.Ю., Барышев А.М., Кошелец В.П. A superconducting flux-flow oscillator of terahertz range Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2020)

9. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Филиппенко Л.В., Кошелец В.П., Барышев А.М. Источник терагерцового излучения в открытое пространство на основе распределенного джозефсоновского перехода Физика твердого тела (год публикации - 2020)

10. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Барышев А.М., Кошелец В.П. Линзовая щелевая антенна на основе тонких плёнок Nb для джозефсоновского широкополосного генератора ТГц диапазона Физика твёрдого тела, т.60, вып.11, стр. 2132-2136 (год публикации - 2018)
10.21883/FTT.2018.11.46652.03NN

11. Кинев Н.В., Рудаков К.И., Барышев А.М., Кошелец В.П. A 0.3-0.7 THz flux-flow oscillator integrated with the slot antenna and elliptical lens Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1124, 071001 (4 pages) (год публикации - 2018)
10.1088/1742-6596/1124/7/071001

Публикации