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一种新型的风场/温度传感器改善空间天气预报
发布时间:2018-03-22 09:12:05 阅读:290

来源:phys.org; 电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 张晨 编译

2.06 THz肖特基二极管混合器特写(左);TLS仪器完整的计算机生成模型(右)。图片来源:NASA JPL

    低热层(地球上空100-150公里)的风和温度测量是精确预测空间天气和气候变化所需的两个最重要的变量。美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室,美国国家航空航天局戈达德航天中心(GSFC)和喷气推进实验室(JPL)联合开发了一种创新技术,使用2.06 THz(145μm)的原子氧发射来进行这些测量。

    这种称为太赫兹波段探测器(TLS)的新型传感器,可以在很广泛的观测条件下 (例如白天和黑夜,有和没有极光存在)在近地轨道上来进行这些关键测量。TLS测量不仅可以使科学家研究中性大气与上面的电离层和磁层的相互作用,还可以提高我们对地球上层大气和其他行星和恒星大气中的机制和影响的基本认识。这些数据还将帮助研究人员了解太阳的变化对上层大气的影响(即辐射,磁化太阳风和高能粒子)和低大气干扰——重要的地球物理过程,影响着对宇宙飞船、太空中的人类和对地面上的基础设施造成危害的大量空间天气现象。

    TLS仪器是由在室温下工作的高灵敏度砷化镓(GaAs)二极管外差接收器实现的。2016年该团队开发了前面所示的高频肖特基二极管,将来自2.06 THz的输入信号混合到中频带,以测量大气中原子氧的光谱发射特征。这种先进的混合器技术可用于为美国国家航空航天局的小型卫星构建紧凑、轻巧和低功耗的仪器。

    TLS的开发将优化低噪声、高灵敏度的THz接收器技术使它们更加成熟,以在未来空间天气任务中推进太阳物理学的发展,同时降低成本和减小风险。该开发工作重点关注接收机系统集成,优化和关键子系统性能演示。该THz接收机系统的设计是为了使用无源辐射器在空间环境温度下工作,而无需工作在专用低温冷却器下。

    2016年,该团队完成了TLS接收机概念的开发,并成功设计和制造了肖特基二极管混频器。正在进行的研究集中在构建模型原型仪器并进行接收机灵敏度测量以验证接收机性能。

 
 

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