Integrated planar antennas for superconducting detector systems for THz beam diagnostics
Description
In this work, superconducting detector systems are developed for use in THz beam diagnostics at particle accelerators operated as scientific light sources. The requirements for such a detector system are determined by the properties of the generated radiation. Due to the underlying physical processes, this is pulse-shaped and reaches repetition rates of several hundred megahertz at modern ring accelerators. This motivates the use of the superconducting detectors made of YBCO and NbN thin films which are used in this work. In contrast to detector types already established in the THz field, these detectors allow not only an averaged analysis but also the resolution of the radiation produced by individual electron bunches over time due to ultra-short response times of less than 100 ps in direct detection. One of the main goals of beam diagnostics is to investigate correlations between the machine parameters of the accelerator and the radiation generated. In particular, the spectrum of the generated radiation is closely related to the spatial distribution of the accelerated particles, although this cannot be measured directly. At ring accelerators, interactions also occur between the spatially distributed electron bunches. These manifest themselves in strong fluctuations in the intensity and spectrum of the radiation generated. Thus, detector systems are needed for diagnostics that have both a comprehensive temporal and spectral resolution capability. The superconducting detector elements investigated in this work are microstructures with dimensions far below the wavelength under investigation, which are operated in conjunction with antennas for radiation coupling. The focus of the work is on the development and investigation of suitable planar antennas as part of the detector circuit, since these significantly determine the spectral behaviour of the detector.
Availability note (English)
Also available from: http://dx.doi.org/10.5445/IR/1000138528Abstract (German)
In dieser Arbeit werden supraleitende Detektorsysteme für den Einsatz in der THz-Strahldiagnostik an als wissenschaftliche Lichtquellen betriebenen Teilchenbeschleunigern entwickelt. Die Anforderungen an ein solches Detektorsystem werden durch die Eigenschaften der erzeugten Strahlung vorgegeben. Durch die zugrundeliegenden physikalischen Vorgänge ist diese pulsförmig und erreicht an modernen Ringbeschleunigern Wiederholraten von mehreren Hundert Megahertz. Dies motiviert den Einsatz der in dieser Arbeit verwendeten supraleitenden Detektoren aus YBCO- und NbN-Dünnschichten. Im Gegensatz zu im THz- Bereich bereits etablierten Detektortypen erlauben diese Detektoren durch ultrakurze Antwortzeiten von weniger als 100 ps in direkter Detektion nicht nur eine gemittelte Analyse, sondern die Auflösung der von einzelnen Elektronenpaketen erzeugten Strahlung im zeitlichen Verlauf. Ein Hauptziel der Strahldiagnostik ist die Untersuchung von Zusammenhängen zwischen den Maschinenparametern des Beschleunigers und der erzeugten Strahlung. Insbesondere das Spektrum der erzeugten Strahlung hängt eng mit der räumlichen Verteilung der beschleunigten Teilchen zusammen, wobei diese nicht direkt gemessen werden kann. An Ringbeschleunigern kommt es zusätzlich zum Auftreten von Wechselwirkungen zwischen den räumlich verteilten Elektronenpaketen. Diese äußern sich in starken Schwankungen der Intensität und des Spektrums der erzeugten Strahlung. Damit werden für die Diagnostik Detektorsysteme benötigt, die sowohl ein umfassendes zeitliches als auch ein spektrales Auflösungsvermögen aufweisen. Bei den in dieser Arbeit untersuchten supraleitenden Detektorelementen handelt es sich um Mikrostrukturen mit Abmessungen weit unterhalb der untersuchten Wellenlänge, die im Verbund mit Antennen zur Strahlungskopplung betrieben werden. Da diese maßgeblich das spektrale Verhalten des Detektors bestimmen, liegt der Schwerpunkt der Arbeit auf der Entwicklung und Untersuchung geeigneter Planarantennen als Teil der Detektorschaltung.Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (German)
- Integrierte planare Antennen für supraleitende Detektorsysteme zur THz-Strahldiagnostik
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 242 p.
- Report number
- INIS-DE--3524
INIS
- Country of Publication
- Germany
- Country of Input or Organization
- Germany
- INIS RN
- 53074937
- Subject category
- S75: CONDENSED MATTER PHYSICS, SUPERCONDUCTIVITY AND SUPERFLUIDITY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- ANTENNAS; BARIUM OXIDES; COPPER OXIDES; ELECTRONS; HIGH-TC SUPERCONDUCTORS; MICROSTRUCTURE; NIOBIUM NITRIDES; SPATIAL DISTRIBUTION; THIN FILMS; YTTRIUM OXIDES
- Descriptors DEC
- ALKALINE EARTH METAL COMPOUNDS; BARIUM COMPOUNDS; CHALCOGENIDES; COPPER COMPOUNDS; DISTRIBUTION; ELECTRICAL EQUIPMENT; ELEMENTARY PARTICLES; EQUIPMENT; FERMIONS; FILMS; LEPTONS; NIOBIUM COMPOUNDS; NITRIDES; NITROGEN COMPOUNDS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; PNICTIDES; REFRACTORY METAL COMPOUNDS; SUPERCONDUCTORS; TRANSITION ELEMENT COMPOUNDS; TYPE-II SUPERCONDUCTORS; YTTRIUM COMPOUNDS