Disseratation von Wolfgang Huber

"THz- Video- und Heterodyndetektion an dünnen YBCO-Filmen"

durchgeführt am Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Regensburg unter der Anleitung von Prof. Dr. W. Prettl. Abgabetermin: 12.06.1996.


Schlagwörter: Hochtemperatursupraleiter, Intrinsischer Josephsoneffekt, THz-Detektion


Kurzfassung

Den Schwerpunkt dieser Dissertation bildet die Response gekippt aufgewachsener dünner YBCO-Filme auf THz-Bestrahlung. Ausgehend von Arbeiten über die Photoresponse von granularen Hochtemperatursupraleitern und den Arbeiten über die sogenannte Atomlagenthermosäule entstand die Idee, den Intrinsichen Josephson-Effekt zur Detektion von THz-Strahlung zu nutzen. Wichtig dabei ist das unter einem bestimmten Winkel gegen die Oberflächennormale verkippte Aufwachsen der Schicht. Dies wird dadurch realisiert, daß das Substrat bereits unter diesem Winkel geschnitten wird und der supraleitende Film diesen Neigungswinkel übernimmt. Durch diese Neigung wird es möglich THz-Strahlung entlang der c-Achse des YBCO-Films einzukoppeln. Die Messungen wurden hauptsächlich mit Dauerstrich- und gepulst betriebenen Ferninfrarotlasern durchgeführt. Prinzipiell kann immer eine bolometrische Probenantwort aufgrund der dem Film zugeführten Laserenergie auftreten. Diese ist jedoch sowohl im Hochleistungs- wie im Niedrigleistungsbereich der verwendeten Laser aufgrund thermischer Überlegungen auszuschließen, sodaß die Probenresponse auf einen nicht-bolometrischen Effekt zurückgeführt werden kann. Weitere Betrachtungen bezüglich der Temperatur-, Strom-, Intensitäts- und Polarisationsabhängigkeit der Response lassen den Schluß zu, daß der Probenantwort der Intrinsche Josephson-Effekt zugrunde liegt.

Im zweiten Teil der Arbeit wird die Eignung dieser Art von Proben zur Heterodyndetektion untersucht. Neben den FIR-Lasern kamen im Mikrowellenspektralbereich Gunn-Dioden mit 10 und 100 GHz zum Einsatz. Es konnte nachgewiesen werden, daß dieses Element bei diesen Frequenzen als Mischer einsetzbar ist, aber durch geeignete Strukturierung mit Hilfe von Antennen und durch Impedanzanpassung der zugehörenden Elektronik eine starke Verringerung der Konversionsverluste zu erzielen ist. Im FIR-Spektralbereich konnte ein Frequenz-Mischprodukt zweier gleichzeitig anschwingender transversaler Lasermoden beobachtet werden. Künftige Untersuchungen sollten sich auf der Verbesserung der Sensitivität sowie der Optimierung der Systemrauschtemperatur widmen.