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Superconducting noise bolometer with microwave bias and readout for array applications

Kuzmin, A. A. und Semenov, A. D. und Schitov, S. V. und Merker, M und Wuensch, S. H. und Ustinov, A. V. und Siegel, Michael (2017) Superconducting noise bolometer with microwave bias and readout for array applications. Applied Physics Letters. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/1.4995981. ISSN 0003-6951.

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Kurzfassung

We present a superconducting noise bolometer for terahertz radiation, which is suitable for large-format arrays. It is based on an antenna-coupled superconducting micro-bridge embedded in a high-quality factor superconducting resonator for a microwave bias and readout with frequencydivision multiplexing in the GHz range. The micro-bridge is kept below its critical temperature and biased with a microwave current of slightly lower amplitude than the critical current of the microbridge. The response of the detector is the rate of superconducting fluctuations, which depends exponentially on the concentration of quasiparticles in the micro-bridge. Excess quasiparticles are generated by an incident THz signal. Since the quasiparticle lifetime increases exponentially at lower operation temperature, the noise equivalent power rapidly decreases. This approach allows for large arrays of noise bolometers operating above 1K with sensitivity, limited by 300-K background noise. Moreover, the response of the bolometer always dominates the noise of the readout due to relatively large amplitude of the bias current. We performed a feasibility study on a proofof- concept device with a 1.0�0.5 lm2 micro-bridge from a 9-nm thin Nb film on a sapphire substrate. Having a critical temperature of 5.8 K, it operates at 4.2K and is biased at the frequency 5.6 GHz. For the quasioptical input at 0.65 THz, we measured the noise equivalent power �3�10�12W/Hz1/2, which is close to expectations for this particular device in the noise-response regime.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/113879/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Superconducting noise bolometer with microwave bias and readout for array applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kuzmin, A. A.artem.kuzmin (at) kit.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Semenov, A. D.alexei.semenov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schitov, S. V.sergey3e (at) gmail.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Merker, MInstitute of Micro and Nanoelectronic systemsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wuensch, S. H.Institute of Micro and Nanoelectronic systemsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ustinov, A. V.University of KarlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siegel, Michaelinstitut für mikro- und nanoelektronische systeme, universität karlsruheNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 Juli 2017
Erschienen in:Applied Physics Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1063/1.4995981
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
ISSN:0003-6951
Status:veröffentlicht
Stichwörter:dark Counts, noise Bolometer, microwave readout, arrays
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):Vorhaben Quantensensorik (alt), R - Systems Engineering Optische Systeme (alt)
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Optische Sensorsysteme > Terahertz- und Laserspektroskopie
Hinterlegt von: Semenov, Prof.Dr. Alexey
Hinterlegt am:05 Sep 2017 14:35
Letzte Änderung:19 Jun 2023 10:26

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