太赫茲（THz）波段一般定義為0.1~10THz的頻率區(qū)間，覆蓋短毫米波至亞毫米波（遠(yuǎn)紅外）頻段。人們?cè)缫颜J(rèn)識(shí)到該波段在天文學(xué)、大氣科學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)等領(lǐng)域的重要科學(xué)意義及豐富應(yīng)用前景。但長(zhǎng)期以來(lái)，由于太赫茲探測(cè)及信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)的嚴(yán)重缺乏，以及地球大氣對(duì)太赫茲輻射的強(qiáng)吸收，導(dǎo)致該波段至今還是一個(gè)有待全面研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用的電磁波段。另一方面，隨著太赫茲技術(shù)研究的深入，針對(duì)太赫茲應(yīng)用的探討也在逐漸深化。在天文學(xué)領(lǐng)域，太赫茲及遠(yuǎn)紅外譜段觀測(cè)幾乎涉及當(dāng)代天文學(xué)的所有基本問(wèn)題，尤其在恒星及其行星系統(tǒng)的形成與演化、早期宇宙演化等前沿領(lǐng)域研究中具有不可替代的作用。近期，在宇宙微波背景、黑洞、極早期星系、原行星盤(pán)、宇宙生命環(huán)境等觀測(cè)研究方面取得了突破進(jìn)展。在大氣科學(xué)領(lǐng)域，地球大氣中大量臭氧、鹵素化合物等微量氣體分子發(fā)射譜線(xiàn)和水汽、氧等分子吸收譜線(xiàn)都位于太赫茲頻段，針對(duì)這些太赫茲微量氣體示蹤分子的探測(cè)對(duì)于理解全球氣候變化趨勢(shì)有非常重要的作用。太赫茲譜段的另外兩項(xiàng)重要應(yīng)用是：太赫茲通信與太赫茲成像。太赫茲通信主要利用該頻段的豐富頻譜資源，但受到大氣對(duì)太赫茲信號(hào)衰減影響，仍局限于大容量、近距離通信。太赫茲成像的優(yōu)勢(shì)在于：與光學(xué)紅外譜段比有一定的穿透性，與微波比有更高的空間分辨率，此外該波段有其獨(dú)特的指紋譜特征。因此，太赫茲成像在國(guó)家安全、生命科學(xué)，以及天文學(xué)等領(lǐng)域正顯現(xiàn)其重要應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)上述太赫茲譜段的諸多應(yīng)用，高靈敏度相干探測(cè)器及非相干成像探測(cè)器不可或缺。眾所周知，超導(dǎo)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)于1911年，但直到1957年，基于微觀量子理論的超高靈敏度太赫茲超導(dǎo)探測(cè)器002 BCS理論建立才較為完滿(mǎn)地解釋了超導(dǎo)電性的物理本質(zhì)。BCS理論引入了庫(kù)珀對(duì)概念，庫(kù)珀對(duì)兩個(gè)電子間的相干長(zhǎng)度為0.1~1m,結(jié)合能量(即能隙)在meV水平。由于超導(dǎo)體的超低能隙，一直被認(rèn)為是理想的微波至高能譜段的光子探測(cè)器。20世紀(jì)60年代初期，BrianJosephson理論預(yù)言了Josephson效應(yīng)，Ivar Giaever實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體中的準(zhǔn)粒子隧穿效應(yīng)，自此才真正開(kāi)始了基于超導(dǎo)隧穿效應(yīng)的混頻實(shí)驗(yàn)研究。20世紀(jì)70年代末至20世紀(jì)80年代初，JohnTucker等建立了基于光子輔助準(zhǔn)粒子隧穿效應(yīng)的量子混頻理論，并預(yù)言混頻器噪聲可達(dá)量子噪聲、可實(shí)現(xiàn)變頻增益，以及具有負(fù)阻效應(yīng)等重要結(jié)果；Bell實(shí)驗(yàn)室的M.Gurvitch等發(fā)明了基于標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝的Nb/Al AlO狓/Nb超導(dǎo)隧道結(jié)制備工藝，使得超導(dǎo)隧道結(jié)器件制備可靠性及質(zhì)量得到大幅提升。自此以后，毫米波、亞毫米波段超導(dǎo)隧道結(jié)（Superconductor Insulator Superconductor，SIS）混頻器技術(shù)研究及應(yīng)用得到快速發(fā)展，特別是在國(guó)際大科學(xué)裝置SMA 和ALMA、空間天文臺(tái)Herschel等應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下。20世紀(jì)90年代末，另外一種基于納米尺度厚超導(dǎo)薄膜的超導(dǎo)熱電子（Hot Electron Bolometer，HEB）混頻器技術(shù)又應(yīng)運(yùn)而生，使得此類(lèi)混頻器探測(cè)瞬時(shí)帶寬達(dá)GHz水準(zhǔn)。通過(guò)近二十年的發(fā)展，超導(dǎo)HEB混頻器已可覆蓋整個(gè)太赫茲譜段，且靈敏度（即噪聲溫度）已接近5倍量子噪聲。超導(dǎo)SIS和HEB混頻器是目前1THz以下和1THz以上譜段靈敏的高頻譜分辨率譜線(xiàn)探測(cè)器。在太赫茲成像探測(cè)方面，超導(dǎo)探測(cè)器誕生之前主要依賴(lài)于半導(dǎo)體Bolometer，但探測(cè)器陣列及靈敏度都受到很大限制。得益于21世紀(jì)初超導(dǎo)相變邊緣探測(cè)器(Transition EdgeSensor，TES)和超導(dǎo)動(dòng)態(tài)電感探測(cè)器(Microwave Kinetic Inductance Detectors， MKID)技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模陣列成像裝置得到快速發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于宇宙微波背景觀測(cè)等領(lǐng)域�？傊�，太赫茲超導(dǎo)探測(cè)器在天文觀測(cè)領(lǐng)域正發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，在大氣科學(xué)、量子信息等領(lǐng)域也受到特別關(guān)注。本書(shū)主要介紹目前四種國(guó)際主流的超導(dǎo)探測(cè)器，對(duì)于太赫茲頻段高靈敏度探測(cè)感興趣的讀者應(yīng)有重要參考價(jià)值。本書(shū)主要分為５ 章，分別介紹了超導(dǎo)隧道結(jié)(SIS)混頻器，超導(dǎo)熱電子(HEB)混頻器，超導(dǎo)動(dòng)態(tài)電感探測(cè)器(MKID)，超導(dǎo)相變邊緣探測(cè)器(TES)以及量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)與超導(dǎo)熱電子(HEB)混頻器結(jié)合的相關(guān)理論、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展和相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)等。本書(shū)由史生才和李婧撰寫(xiě)第１章，繆巍撰寫(xiě)第２章，李婧和石晴撰寫(xiě)第３章，張文撰寫(xiě)第４章，任遠(yuǎn)撰寫(xiě)第５章，并由石晴負(fù)責(zé)本書(shū)的編輯和整理工作。本書(shū)內(nèi)容著重于基本原理的介紹和現(xiàn)象的理解，一些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和更深入的內(nèi)容未過(guò)多涉及，有興趣的讀者可以參考書(shū)后的相關(guān)參考文獻(xiàn)。由于編者水平有限，書(shū)中難免還存在疏漏，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。