Интегральный сверхпроводниковый спектрометр субмилиметровых волн для мониторинга атмосферы

Для дистанционного мониторинга земной атмосферы с использованием авиации, аэростатов и спутников, где существенными требованиями являются малый вес, небольшое энергопотребление и ограниченный объем, жизненно важным является разработка легких и компактных сверхчувствительных приемников. Несколько лет назад в ИРЭ РАН была предложена и экспериментально апробирована концепция полностью сверхпроводникового интегрального приемника субмилиметровых волн. К настоящему времени создана микросхема приемника, в которой интегрированы квантовый смеситель на основе квазичастичной нелинейности СИС-перехода, планарная сверхпроводниковая приемная антенна, криогенный генератор гетеродина и сверхпроводниковый гармонический смеситель для стабилизации частоты гетеродина. При подаче лишь постоянного питания от батарей эта микросхема работает как супергетеродинный приемник в субмилиметровом диапазоне волн не требуя никакого дополнительного СВЧ оборудования. В докладе дан обзор последних результатов разработки и испытаний интегрального спектрометра диапазона 550-650 ГГц, предназначенного для исследований атмосферы Земли в режиме наклонного зондирования с борта высотного аэростата - проект Terahertz Limb Sounder (TELIS). Этот прибор разрабатывается совместно с Институтом космических исследований Голландии, первый тестовый полет запланирован на 2007 г.
Все компоненты приемника (включая входные оптические элементы) размещены в объеме 240х180х80 мм³ внутри специального гелиевого криостата. В ходе лабораторных испытаний была получена нескорректированная шумовая температура приемника порядка 250 К на частотах 600-650 ГГц, выходной сигнал в диапазоне 5-7 ГГц обрабатывается цифровым автокоррелятором. Все проведенные испытания, а также измерения диаграммы направленности приемника и тестовые измерения спектров в лабораторной газовой ячейке продемонстрировали соответствие разработанного спектрометра требованиям проекта TELIS. Проведены испытания автоматизированной программы управления работой сверхпроводникового спектрометра, апробирована возможность дистанционной оптимизации режимов системы ФАПЧ сверхпроводникового генератора гетеродина.