亚毫米波接收、太赫兹探测技术在天文及其他领域应用

高分辨率的毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。用毫米波和亚毫米波的射电天文望远镜探测宇宙空间的辐射波谱可以推断星际物质的成分。在波谱学中，亚毫米波可用于探索物质的微观结构。毫米波与亚毫米波在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学和波谱学方面都有重大的意义。

十一月下旬，南京召开第二十届东亚地区亚毫米波接收机技术研讨会。会议围绕：wSMA、ALMA、DATA 5、JCMT、六十米亚毫米波望远镜等;亚毫米波超导SIS/HEB混频技术;亚毫米波超导接收机及相关技术;亚毫米波超导直接检波和成像技术等进行。旨在推动太赫兹探测技术的发展以及在天文和其它领域的应用。

毫米波与亚毫米波

波长为10～1毫米的电磁波称毫米波;波长为1～0.1毫米的电磁波称为亚毫米波。它们位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。各自的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。与较低频段的微波相比，它们的特点是：①可利用的频谱范围宽，信息容量大。②易实现窄波束和高增益的天线，因而分辨率高，抗干扰性好。③穿透等离子体的能力强。④多普勒频移大，测速灵敏度高。

毫米波、亚毫米波主要依靠振荡管直接产生，但也可以用微波振荡源经倍频产生，或利用激光源经下变频(混频)产生。直接产生毫米波振荡的器件有各种电子管如磁控管、速调管、扩展互作用管和回旋管等，以及各种半导体管如体效应二极管、雪崩二极管、渡越时间二极管和场效应晶体管等，其中有的管种如回旋管等也能产生亚毫米波振荡。利用各种不同基质的亚毫米波激光器已能产生数以千计的亚毫米波谱线;利用约瑟夫逊结的超导器件(见超导性的微波应用)也能制成微功率的亚毫米波振荡器。

亚毫米波望远镜

六十年代后期，从毫米波向短波方向和从红外波段向长波方向的技术发展使天文观测进入了亚毫米波段。毫米波望远镜天线绝大多数是单个抛物反射面类型。在毫米波和亚毫米波段普遍采用射束转换观测方法，就是使天线的射束交替地指向所观测的射电源和它的邻近的天空背景。毫米波和亚毫米波天文台比一般射电天文台有更严格的要求，主要要求台址上空大气中水汽含量小而稳定，一般认为大气中水汽含量经常在1～3毫米是毫米波天文台的必要条件。亚毫米波天文台则要求大气水汽含量经常小于1毫米。因为大气中水汽密度随高度按指数律递减，所以毫米波天文台应设在海拔2,000米以上,而亚毫米波天文台则应设在海拔4,000米以上。著名的美国国立射电天文台的孔径为11米的毫米波望远镜就设在海拔 2,025米的基特峰。

毫米波射频收发装置

由发射装置和接收装置两部分组成,其中发射装置分为毫米波谐波上变频、毫米波稳幅放大和毫米波信号调制混合模拟三个功能模块,可实现不同距离多普勒回波信号的模拟,其特点是产生的毫米波脉冲前后沿小于8ns,100ns窄脉冲下不失真(过冲不大于10%)和95dB大动态范围内的精确衰减。接收装置分为毫米波谐波下变频、稳幅放大两个功能模块。其特点是能满足40dB动态范围内脉冲不失真(过冲不大于10%),便于测频和脉冲分析。

太赫兹探测技术

太赫兹波在电磁波谱中位于中红外波与微波之间,具有探测分子间或分子内部弱相互作用的独特性质,是当前研究的热点之一。太赫兹光谱及成像技术在多个领域正逐步从实验室研究转向实际应用,包括安全成像检测、航空航天、爆 炸物分子检测等,相应的太赫兹辐射源和探测器的研究和发展速度加快,太赫兹技术应用也取得了实质的进展,特别是太赫兹波在空间天文观测和大气遥感中的应用。近些年发展起来的几种探测太赫兹电磁波的新技术及目前发射或建立的多种亚毫米波、太赫兹波探测系统在天文观测和大气遥感中的具体应用,显示了太赫兹波探测技术在遥感领域中的巨大应用前景。

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