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物理学 > 仪器与探测器

arXiv:2506.03824v1 (physics)
[提交于 2025年6月4日 ]

标题: 准光学、校准过的220-330 GHz频段真空低温器件全2端口测量

标题: Quasioptic, Calibrated, Full 2-port Measurements of Cryogenic Devices under Vacuum in the 220-330 GHz Band

Authors:Maxim Masyukov, Aleksi Tamminen, Irina Nefedova, Andrey Generalov, Samu-Ville Pälli, Roman Grigorev, Pouyan Rezapoor, Rui Silva, Juha Mallat, Juha Ala-Laurinaho, Zachary Taylor
摘要: 设计、仿真和校准了一个准光学(QO)测试平台,用于表征220-330 GHz(WR-3.4)频率范围内的器件的S参数,温度从室温降至4.8 K。这些器件通过聚焦束辐射透过真空窗进行测量。 建立了一种采用线-反射-匹配(LRM)校准方法的去嵌入技术,以考虑光学组件和真空窗的影响。 该装置提供所有四个S参数,参考平面位于低温恒温器内部,并且在空载夹具的情况下实现了30 dB的回波损耗。 系统验证通过低温冷却器件(如裸硅晶圆、不锈钢频率选择表面(FSS)带通滤波器以及铌制超导带通FSS)的测量完成。 观察到基于4 GHz谐振位移的硅介电常数随温度从296 K降至4.8 K而降低。不锈钢FSS的测量结果显示中心频率和回波损耗分别为263 GHz和35 dB,相对温度变化不大。 最后,使用超导滤波器测得中心频率为257 GHz,在4.8 K时平均回波损耗提高了7 dB。据我们所知,这是首次尝试将LRM校准扩展到330 GHz,并利用它来去嵌光学和低温恒温器对低温冷却器件S参数的影响。
摘要: A quasi-optical (QO) test bench was designed, simulated, and calibrated for characterizing S-parameters of devices in the 220-330 GHz (WR-3.4) frequency range, from room temperature down to 4.8 K. The devices were measured through vacuum windows via focused beam radiation. A de-embedding method employing line-reflect-match (LRM) calibration was established to account for the effects of optical components and vacuum windows. The setup provides all four S-parameters with the reference plane located inside the cryostat, and achieves a return loss of 30 dB with an empty holder. System validation was performed with measurements of cryogenically cooled devices, such as bare silicon wafers and stainless-steel frequency-selective surface (FSS) bandpass filters, and superconducting bandpass FSS fabricated in niobium. A permittivity reduction of Si based on 4-GHz resonance shift was observed concomitant with a drop in temperature from 296 K to 4.8 K. The stainless steel FSS measurements revealed a relatively temperature invariant center frequency and return loss level of 263 GHz and 35 dB on average, respectively. Finally, a center frequency of 257 GHz was measured with the superconducting filters, with return loss improved by 7 dB on average at 4.8 K. To the best of our knowledge, this is the first reported attempt to scale LRM calibration to 330 GHz and use it to de-embed the impact of optics and cryostat from cryogenically cooled device S-parameters.
主题: 仪器与探测器 (physics.ins-det) ; 天体物理学的仪器与方法 (astro-ph.IM); 系统与控制 (eess.SY)
引用方式: arXiv:2506.03824 [physics.ins-det]
  (或者 arXiv:2506.03824v1 [physics.ins-det] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.03824
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Maxim Masyukov [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 6 月 4 日 10:53:27 UTC (19,317 KB)
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