Väitös, radiotiede ja -tekniikka, MSc Maxim Masyukov

Väitöskirjan nimi: Towards Quasioptical Characterization of Cryogenically Cooled, Active THz Components

Väittelijä: Maxim Masyukov
Vastaväittäjä: Dr. Goutam Chattopadhyay, NASA’s Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Yhdysvallat
Kustos: Prof. Zachary Taylor, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu

Terahertsin taajuudet (100 GHz – 10 THz) ovat perustieteen kannalta tärkeitä. Submillimetria-aallot ja kaukoinfrapunasäteily paljastavat molekyylipilviä, tähtienmuodostusalueita ja galaksien kehitystä. Alue on kuitenkin jäänyt suurelta osin tutkimatta instrumenttien puutteiden vuoksi. Perinteiset aaltojohtimet eivät sovellu hyvin näille taajuuksille, kannettavia lähteitä on vähän ja matalakohinavahvistimien skaalaus on fysikaalisesti haastavaa. Kryogeeniset lämpötilat, joita tähtitieteessä käytetään lämpömelun vähentämiseksi, vaikeuttavat tilannetta entisestään.

Tämä väitöskirja keskittyy vapaan tilan kvasioptisiin karakterisointimenetelmiin THz-kaistalla. Kvasioptiikka käyttää fokusoiivia ja kollimoivia heijastimia, mikä mahdollistaa mittaukset huoneenlämmössä sekä kontaktittoman säteilyn kytkemisen kryostaatissa oleviin laitteisiin.

Ensimmäisessä osassa tutkittiin huoneenlämpöisiä puolijohde-THz-lähteitä, jotka perustuvat kenttäalueen romahtamisilmiöön. Kvasioptiikan avulla pystyttiin seuraamaan virtapiirien dynamiikkaa ja nostamaan lähteen huipputehoa merkittävästi.
Toisessa osassa kehitettiin kvasioptinen järjestelmä kryogeenisesti jäähdytetyille passiivisille komponenteille. Kalibrointia testattiin niobium-pohjaisilla taajuusselektiivisillä pinnoilla, jotka muuttuvat suprajohtaviksi alle 9–10 K. Mittaustulokset vastasivat simulaatioita hyvin. Tutkimus on ensimmäinen onnistunut kryogeenisten kvasioptisten laitteiden kalibrointi ja de-embedding THz-taajuuksilla.

Keskeisin tulos on luotettava menetelmä kvasioptisten laitteiden kalibrointiin kryogeenisissä olosuhteissa. Menetelmä mahdollistaa laitteiden todellisten ominaisuuksien (kuten S-parametrien) mittaamisen ilman huoneenlämpöisen mittalaitteiston häiriötä. Tarkka karakterisointi mahdollistaa monimutkaisten THz-instrumenttien rakentamisen. Suprajohtavan teknologian kehittyessä näillä menetelmillä on suuri merkitys tulevaisuuden matalakohinaisille ja korkean herkkyyden avaruushavaintoinstrumenteille.

Avainsanat: Terahertsi-taajuusalue,kylmäteknikka, kalibrointi

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu

Yhteystiedot:
email (aalto): maxim.masyukov@aalto.fi 
email (personal): maxim.masyukov@gmail.com 
phone number (personal): 040 2569926