Developments in imaging at millimeter and submillimeter wavelengths

Tämä väitöskirja käsittelee millimetri- ja alimillimetriaaltoalueen kuvantamista, materiaalien heijastavuusmittauksia ja tehoilmaisimien karakterisointia. Aihealueet liittyvät toisiinsa keilanohjauksen, holografian ja antennimittausten kautta. Epäsuora holografinen menetelmä on kokeellisesti varmennettu. Menetelmä mahdollistaa vaiheilmaisun referenssikentän ja yksinkertaisten tehovastaanottimien avulla. Tulokset ovat erittäin lupaavia, sillä vaihekoherentti vastaanotinryhmä on erittäin monimutkainen toteuttaa. Epäsuorassa holografisessa menetelmässä vaiheenilmaisu ja kuvan fokusointi tehdään teho-ilmaisun jälkeen laskennallisesti. Työssä esitellään uusi menetelmä, jossa referenssikentän tulosuuntaa ei ole rajoitettu. Taajuudella 310 GHz saaduista kuvista on approksimoitu impulssivaste käyttäen askel-tyyppistä kohdetta. Diffraktion rajoittamaan teoreettiseen arvoon verrattuna erotuskyky kokeellisissa tuloksissa oli 20-30 % alempi. Kohinatasoinen heijastavuusero on 0,002, kun ilmaistun tehon signaali-kohina –suhde on 26 dB. Työssä käsitellään 120 GHz:n heijastusantenniryhmää. Antenniryhmät ovat tarkoitettu käytettäviksi keilanohjauksessa, ja niiden valmistustekniikka soveltuu myös mikroelektro-mekaanisten komponenttien valmistukseen. Kolmea heijastusantenniryhmää, joiden keilat ovat pysyvästi fokusoitu, on karakterisoitu lähikenttämittauspaikalla. Mitatut keilanleveydet vastaavat 10 %:n tarkkuudella simuloituja. Heijastusantenniryhmien peiliheijastusta kuvaamaan on määritelty hyötysuhde. Hyötysuhteeksi saatiin kokeellisesti 0,11, kun teoreettinen hyötysuhde on keskimäärin 0,54. Heijastus- ja läpäisytyyppisiä vaihehologrammeja on käytetty tasomaisen kentän eli hiljaisen alueen luomiseen kompaktissa mittauspaikassa. Mitattu amplitudi- ja vaihevaihtelu hiljaisessa alueessa on ±1,5 dB ja ±5° 310 GHz:llä sekä ±3 dB ja ±25° 650 GHz:llä. Hologrammeja voidaan käyttää tutkapoikkipinta-alan mittaukseen. Tässä työssä verrattiin tarkoitusta varten valmistettujen vaimennusmateriaalien ja muiden materiaalien heijastavuutta. Takaisin-heijastavuus mitattiin 45°:n ja 12°:n kulma-alueessa 310 ja 650 GHz:llä. Matoille mitattiin heijastavuuksia −60 dB:stä −30 dB:iin, joten ne soveltuvat vaimennusmateriaaliksi. Kuvantamisessa käytettäviä NbN -bolometrejä on tutkittu taajuusalueessa 321-782 GHz. Antennikytkettyjä bolometrejä on karakterisoitu huoneenlämpötilassa tehonmittaukseen perustuvassa antennimittauspaikassa. Bolometrit on kytketty spiraali-antenniin pii-substraattilinssin pinnalla. Bolometri-ilmaisimien keilanleveys noudattaa 8,5°/THz –lakia mitatulla taajuusalueella. Edullista infrapunailmaisinta on verrattu tarkoituksenmukaisiin tehomittareihin. Ilmaisimen kokeellisesti mitattu herkkyys ja kohinaekvivalentti teho ovat 1700 W/V ja 0,4 uW/rtHz, joten se soveltuu ad hoc tehonilmaisuun alimillimetriaaltoalueella.