Development of Coherent Detector Technologies for Sub-Millimetre Wave Astronomy Observations

این پایان‌نامه توسعه فناوری‌های گیرنده را برای ابزارهای نجوم زیر میلی‌متری، با تمرکز بر آشکارسازهای برودتی منسجم با عملکرد بالا که نزدیک به فرکانس شکاف ابررسانا هستند، توصیف می‌کند. تراشه میکسر که شامل دستگاه‌های SIS است که توسط یک خط پایانی یک‌طرفه و مدارهای مسطح منطبق تغذیه می‌شود، بر روی بستر سیلیکونی 15 میکرونی با استفاده از فناوری سیلیکون روی عایق (SOI) که اخیراً توسعه‌یافته است، ساخته شد. این عملکرد IF و RF باند پهن را با مدارهای مسطح روی تراشه کاملاً یکپارچه ارائه می دهد که منجر به یک تراشه مخلوط کن به راحتی قابل تکرار و یک بلوک میکسر ساده می شود. یک پیامد مهم این طراحی این است که می توان آن را به منطقه فوق تراهتز گسترش داد و ساخت آرایه های هتروداین چند پیکسلی را امکان پذیر کرد. گسترش عملکرد تلسکوپ های بزرگ مانند ALMA، APEX و GLT از آرایه های تک پیکسلی به آرایه های با فرمت بزرگ موضوع تحقیقات گسترده در حال حاضر است زیرا امکان نقشه برداری سریع همراه با وضوح بالای آسمان زیر میلی متری را فراهم می کند. فناوری توصیف شده در این پایان نامه سهم عمده ای در این تلاش دارد.

The thesis describes the development of receiver technologies for sub-millimetre astronomy instruments, focusing on high performance coherent cryogenic detectors operating close to the superconductor gap frequency. The mixer chip which comprises the SIS devices, fed by a unilateral finline and matching planar circuits was fabricated on 15 micron silicon substrate using the recently developed Silicon-On-Insulator (SOI) technology. This offered broadband IF and RF performance, with fully integrated on-chip planar circuits resulting in an easily reproducible mixer chip and a simple mixer block. An important consequence of this design is that it can be extended to the supra-THz region and making the fabrication of multi-pixel heterodyne arrays feasible. The extension of the operation of major telescopes such as ALMA, APEX and the GLT from single pixel to large format arrays is the subject of extensive research at present time since it will allow fast mapping combined with high resolution of the submillimetre sky. The technology described in this thesis makes a major contribution to this effort.