太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统的制作方法

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0.1-10thz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4k）环境工作石墨烯热电子探测器输出热噪声通常很小（10-13w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。

技术实现要素：

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；

所述的石墨烯热电子探测器的输出端与隔值耦合电容、1/4波长电感顺次连接，所述的1/4波长电感的输出端通过谐振耦合电容与主传输线信号连接；

所述的1/4波长隔离电感连接在主传输线上，所述的1/4波长隔离电感设置在相邻两谐振耦合电容之间；

所述的隔值耦合电容用于隔离加给石墨烯热电子探测器的直流信号；

所述的1/4波长电感和谐振耦合电容形成lc谐振器用于对输出的热噪声进行频率选择。

同一石墨烯探测器单路读出系统内的1/4波长电感和1/4波长隔离电感采用相同的波长作为型号标准。

本发明太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统的有益效果：该种多路读出系统每个石墨烯探测器单路读出系统中1/4波长电感和谐振耦合电容形成lc谐振器，对石墨烯热电子探测器输出的热噪声进行频率选择，每个石墨烯探测器单路读出系统中的热噪声输出频率均不相同，将不同频率的热噪声耦合后利用单一低温低噪声放大器进行信号放大，最后利用频谱仪对所有石墨烯热电子探测器输出的热噪声进行读取分析。多个石墨烯热电子探测器共用一组低温低噪声放大器和频谱仪，简化了系统结构。

附图说明

图1为本发明太赫兹波段大规模阵列石墨烯探测器的多路读出系统的结构原理图。

附图标记：1、石墨烯探测器单路读出系统；2、石墨烯热电子探测器；3、隔值耦合电容；4、1/4波长电感；5、谐振耦合电容；6、1/4波长隔离电感；7、主传输线；8、低温低噪声放大器；9、频谱仪。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，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1、主传输线7、低温低噪声放大器8、频谱仪9；

每组石墨烯探测器单路读出系统1均与主传输线7连接，主传输线7的输出端连接有低温低噪声放大器8，所述的低温低噪声放大器8的信号输出端与频谱仪9信号连接；

所述的石墨烯探测器单路读出系统1包括石墨烯热电子探测器2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1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1输出的热噪声频率均不相同；

所述的主传输线7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8用于对所有石墨烯探测器单路读出系统1输出的不同频率的热噪声信号进行放大；

所述的频谱仪9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1包括石墨烯热电子探测器2、隔值耦合电容3、1/4波长电感4、谐振耦合电容5和1/4波长隔离电感6；

所述的石墨烯热电子探测器2的输出端与隔值耦合电容3、1/4波长电感4顺次连接，所述的1/4波长电感4的输出端通过谐振耦合电容5与主传输线7信号连接；

所述的1/4波长隔离电感6连接在主传输线7上，所述的1/4波长隔离电感6设置在相邻两谐振耦合电容5之间；

所述的隔值耦合电容3用于隔离加给石墨烯热电子探测器的直流信号；

所述的1/4波长电感4和谐振耦合电容5形成lc谐振器用于对输出的热噪声进行频率选择。

同一石墨烯探测器单路读出系统1内的1/4波长电感4和1/4波长隔离电感6采用相同的波长作为型号标准。

本实施例中，隔值耦合电容3主要用于隔离石墨烯热电子探测器2的直流影响以及耦合石墨烯热电子探测器2输出热噪声，1/4波长电感4和谐振耦合电容5形成的lc谐振器近似于一个微波频段带通滤波器，能够对石墨烯热电子探测器2输出热噪声进行频率选择，不同的石墨烯探测器单路读出系统1内的lc谐振器通过设置不同的1/4波长电感4来实现不同频率的选择。

本实施例中，各个石墨烯探测器单路读出系统1输出的热噪声通过谐振耦合电容5耦合至主传输线7，主传输线7的输出端连接有微波频段宽带低温低噪声放大器8，微波频段宽带低温低噪声放大器8可对不同石墨烯探测器单路读出系统1输出的不同频率的热噪声进行放大，最后通过频谱仪9对不同频率的热噪声信号进行读取分析。

本实施例中，1/4波长隔离电感6连接在主传输线7上，并设置在相邻两谐振耦合电容5之间，能够隔离不同石墨烯探测器单路读出系统1内石墨烯热电子探测器2之间的相互影响。

本实施例中，石墨烯探测器单路读出系统1的数量可通过计算得到，具体计算方式如下：设计1/4波长电感4和谐振耦合电容5形成的lc谐振器带宽为hmhz，相邻石墨烯热电子探测器之间设计间隔为2hmhz，低温低噪声放大器带宽为hghz，石墨烯探测器单路读出系统1的数量为h/2h个。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。