37、亚毫米波望远镜：技术与设计全解析

亚毫米波望远镜：技术与设计全解析

亚毫米波探测技术

亚毫米波探测主要有两种基本技术：直接探测和外差探测。

直接探测使用测辐射热计或光电探测器设备。测辐射热计直接探测需要一个与温度相关的探测元件，如电阻或电抗。当元件的温度变化足够快，使得器件两端的信号电压远大于本地产生的所有噪声电压（如约翰逊噪声或热涨落噪声）时，信噪比（S/N）由背景噪声决定。

外差探测则使用混频器设备。外差过程受量子噪声（∼hν/k）限制，这是一个与频率呈线性关系的函数。一般来说，直接探测在红外波长下更受青睐，而外差技术在无线电领域更受欢迎。在噪声由探测器元件决定的情况下，两者的比较取决于通道宽度（Δν）、直接探测器的噪声等效功率（NEP）和外差仪器的噪声温度（TN），其关系为：
[
\frac{(S/N) {heterodyne}}{(S/N) {direct}} = \frac{NEP}{2kT_N}\sqrt{\Delta\nu}
]
当背景噪声占主导时，该比值仅取决于通道宽度比值的平方根。

外差探测器

热电子测辐射热计（HEB）

热电子测辐射热计有半导体和超导两种形式。
- 半导体热电子测辐射热计 ：最初的半导体热电子测辐射热计是一根锑化铟（InSb）棒，安装在全高波导的电场中，并与基带中频放大器直接耦合。通过前后的E - H调谐器和短路器使器件与波导匹配。该波导器件安装在液氦低温恒温器中，成为首个用于毫米波或亚毫米波天文学的低温混频接收器。它通过电子气吸收入射光子，并利用电子电阻随温度的变化来工作。尽管其IF带宽非常小（约1 MHz），但它真