(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210606312.1 (22)申请日 2022.05.31 (66)本国优先权数据 202210465860.7 2022.04.29 CN (71)申请人 中国科学院紫金山天文台 地址 210008 江苏省南京市栖霞区元化路 10号 (72)发明人 张嘉文　金骏达　史生才　李婧　 耿伟　林镇辉　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 专利代理师 金子娟 (51)Int.Cl. G01J 3/42(2006.01) G01J 3/28(2006.01)G01N 21/3581(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种太赫兹超导阵列探测器特性测量装置 及测量方法 (57)摘要 本发明提出的一种新型的太赫兹超导阵列 探测器特性测量装置及测量方法， 主要通过电信 号控制微波开关的投切， 使测量装置处于不同的 测量状态， 通过公用相同的系统链路完成了测量 系统的集 成化方法， 以及后端自动校准程序的方 法来完成相应功能。 本发明测量装置及测量方法 可以实现： 测量KIDs探测器的噪声读出， 读出电 路系统不平衡度校正参数的测量以及KIDs探测 器的S21参数的读出， 且易于实施例， 减少了系统 的不必要操作， 提高了系统的稳定度， 以及有效 的降低了测量的误差 。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115096442 A 2022.09.23 CN 115096442 A 1.一种太赫兹超导阵列探测器特性测量装置， 包括频率信号源、 时钟信号同步装置、 矢 量网络分析仪、 读出电路系统、 AD C数据采集模块、 控制计算机和安装 KIDs探测器的制冷机， 其特征在于： 所述读出电路系统包括定向耦合器、 微波开关A、 微波开关B和混频器， 其中： 定向耦合器的信号输入端与 所述频率信号源连接， 定向耦合器的两个信号输出端分别 与所述微波开关A和所述混频器的本振信号输入端连接； 微波开关A 的信号输入端设有第一通道开关触点和第二通道开关触点， 所述第一通道 开关触点与定 向耦合器连接， 第二通道开关触点与矢量网络分析仪的一端口连接， 微波开 关A的信号输出端则与KIDs探测器的信号输入端连接； 微波开关B的信号输出端设有第一通道开关触点和第二通道开关触点， 其信号输入端 与所述KIDs探测 器的信号输出端连接， 微波开关B的第一通道开关触点则与混频器的谐振 信号输入端连接， 微波开关B的第二 通道开关触点与所述矢量网络分析仪的二端口连接； 所述混频器的两路正交中频输出端I、 Q分别所述ADC数据采集模块连接； 所述ADC数据采集模块与控制计算机连接， 向控制计算器上传数据和接收控制计算器 的控制指令； 所述频率信号源、 矢量网络分析仪、 微波开关A和微波开关B的控制信号输入端分别与 所述控制计算机连接， 由控制计算机根据用户输入的指令或预加载的程序控制其运行模 式。 2.根据权利要求1所述的一种太赫兹超导阵列探测器特性测量装置， 其特 征在于： 所述微波开关A的信号输出端通过依次串联的第 一衰减器、 第一隔直器、 第 二衰减器与 KIDs探测器的信号输入端连接； KIDs探测器的信号输出端通过依次串联的低温放大器、 第 三衰减器、 第一常温放大器、 第四衰减器、 第二常温放大器与所述微波开关的信号输入端连 接； 所述混频器的输出端I通过第五衰减器和低通滤波器与 ADC数据采集模块连接， 输出端Q 通过第六衰减器和低通滤波器与ADC数据采集模块连接； 所述定 向耦合器与混频器之间设 有第三隔直器； 上述组件中， 所述第二衰减器和低温放大器与KIDs探测器一同安装在制冷机的冷仓 内； 所述第一衰减器、 第四衰减器、 第五和第六衰减器均为可调衰减器， 所述第一常温放大 器和第二常温放大器均为低噪放大器； 所述第一衰减器用于调整KIDs探测器的输入功率， 防止 探测器功率饱和； 所述第四衰减器用于调整放大器输入混频器谐振端口的功率， 确保KIDs探测器的动态 范围与混频器的RF动态范围一 致； 所述第五、 第六衰减器用于调整混频器I、 Q两路输出信号幅度的不平衡。 3.根据权利要求2所述的一种太赫兹超导阵列探测器特性测量装置， 其特 征在于： 所述第一衰减器为0～60dB的可调衰减器， 第二衰减器为30dB衰减器， 第三衰减器为 3dB衰减器， 第四衰减器为0～30dB的可调衰减器， 第五和第六衰减器为步幅0.1dB的步进衰 减器。 4.根据权利要求1所述的一种太赫兹超导阵列探测器特性测量装置， 其特 征在于： 所述微波开关A和微波开关B为单刀双掷微波开关。 5.一种基于如权利要求1 ‑4中任一项所述的太赫兹超导阵列探测器特性测量装置的测权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115096442 A 2量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.系统不平衡度的校正 参数测量 设定待测的谐振频率， 将具有该谐振频率的KIDs探测器样本安装在所述制冷机中， 将 所述频率信号源和矢量网络分析仪 接入同步时钟信号， 使二 者输出的信号同步； 以所述频率信号源输出的信号为测试信号， 其频率与KIDs探测器样本的谐振频率相 同， 以矢量网络分析仪一端口输出 的信号为校准信号， 并将所述校准信号与测试信号的频 率差值控制在预设范围内； 将所述微波开关A的第二通道开关触点与微波开关A的信号输出端接通， 将微波开关B 的信号输入端与微波开关B的第一 通道开关触点接通， 建立校准链路； 根据ADC数据采集模块的采样值， 获取该谐振频率下所述读出电路系统不平衡度的校 正参数， 并基于所述校正 参数对所述读出电路系统进行 校准； S2.KIDs探测器的S21参数测量 将待测的KIDs探测器安装在所述制冷机中， 将微波开关A的第二通道开关触点与微波 开关A的信号输出端与接通， 微波开关B的信号输入端与微波开关B第二通道 开关触点接通， 在矢量网络分析仪中选 定测量S21参数， 测量该 KIDs探测器的谐振特性； S3.KIDs探测器的噪声读出 将待测的KIDs探测器安装在所述制冷机中， 将微波开关A的第一通道开关触点与微波 开关A的信号输出端与接通， 将微波开关B的信号输入端与微波开关B的第一通道开关触点 接通， 建立零差频检频电路， 利用校准后的读出电路系统读出输出信号， 使用ADC数据采集 模块采样数据。 6.根据权利要求5所述的测量方法， 其特征在于， 步骤S1中， 校准信号与所述测试信号 的频率差值在1～10kH z之间。 7.根据权利 要求4‑6中任一项所述的测量方法， 其特征在于， 步骤S1中， 根据ADC数据采 集模块的采样值， 获取 该谐振频率下， 所述读出电路系统不平衡度的校正 参数的过程 为： 利用离散的ADC数据采集模块的采样值， 绘制出混频器输出端I和输出端Q信号值的关 系曲线， 命名所述关系曲线为 IQ圆， 所述 IQ圆通过以下 方程表示： I＝I0+AIcosγ Q＝Q0+AQsinγ 其中， I0和Q0分别表示I和Q通道 输出的偏移， AI和AQ表示I和Q通道信号振幅的不平 衡度， γ表示固定的初始相位差； 所述I0、 Q0、 AI、 AQ、 γ即为待求的校正参数， 利用最小二乘法拟合所述IQ圆， 求出所述校 正参数。 8.根据权利要求7所述的测量方法， 其特征在于， 步骤S3中， 对所述读出电路系统进行 校准的方法为： 通过设置在混频器输出端与ADC数据采集模块之间的可调衰减器调节信号幅度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115096442 A 3