单层石墨烯测辐射热计作为灵敏的远红外探测器

本文详细分析了由几平方微米单层石墨烯（MLG）薄片制成的热电子测辐射热计（HEB）在功率探测模式下的预期灵敏度和工作条件，该器件可通过临界温度约为 14 K 的 NbN（或 NbTiN）超导接触嵌入平面天线或波导电路中。本分析利用了关于电子 - 声子耦合强度的最新数据，并明确计算了读出噪声对噪声等效功率（NEP）的贡献。读出方案利用约翰逊噪声测温法（JNT），允许通过 HEB 的窄带滤波器耦合实现频域复用（FDM）。一般而言，滤波器带宽和求和放大器噪声对整体系统灵敏度有显著影响。分析表明，如果探测器器件在 0.05 K 下工作，并且在约 10 GHz 处读取 JNT 信号（此时平衡态下发射的约翰逊噪声大幅降低），则读出贡献可降低至测辐射热计的声子噪声水平。除了高灵敏度（NEP < 10$^{-20}$ W/Hz$^{1/2}$）外，该测辐射热计没有任何硬饱和极限，因此可用于具有任意对比度的远红外天空成像。通过改变测辐射热计的工作温度，可以微调灵敏度以适应特定应用中的背景光子通量。通过使用宽带低噪声动能电感参量放大器，可以同时读取数百个石墨烯 HEB 而不会使系统输出饱和。