Characterizing the properties (e.g., effective dielectric constant εeff, attenuation constant α, and characteristic impedance Z0) of terahertz (THz) superconducting transmission lines is of particular interest in designing on-chip integrated THz bandpass filters, which are a critical component for THz astronomical instruments, such as multi-color camera and broadband imaging spectrometers. Here, we propose a novel method for the characterization of three parameters (εeff, α, and Z0) of THz superconducting transmission lines. This method measures the ratio of the THz signal powers through two different-length branches of the superconducting transmission line to be measured. In addition, only one measurement is required for an all-in-one device chip, including an antenna, a half-power divider, the superconducting transmission line to be measured, and two detectors. The key point is that the superconducting transmission line to be measured is impedance-mismatched with the two integrated detectors. The method is validated through simulation and measurement for superconducting coplanar waveguide transmission lines around 400 GHz.

1.
C. K.
Walker
,
Terahertz Astronomy
(
CRC Press
,
2015
).
2.
M.
Kamionkowski
,
A.
Kosowsky
, and
A.
Stebbins
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
2058
(
1997
).
3.
A.
Endo
,
P.
van der Werf
,
R. M. J.
Janssen
,
P. J.
de Visser
,
T. M.
Klapwijk
,
J. J. A.
Baselmans
,
L.
Ferrari
,
A. M.
Baryshev
, and
S. J. C.
Yates
,
J. Low Temp. Phys.
167
,
341
(
2012
).
4.
S.
Hailey-Dunsheath
,
E.
Shirokoff
,
P. S.
Barry
,
C. M.
Bradford
,
S.
Chapman
,
G.
Che
,
J.
Glenn
,
M.
Hollister
,
A.
Kovács
,
H. G.
LeDuc
,
P.
Mauskopf
,
C.
McKenney
,
R.
O’Brient
,
S.
Padin
,
T.
Reck
,
C.
Shiu
,
C. E.
Tucker
,
J.
Wheeler
,
R.
Williamson
, and
J.
Zmuidzinas
,
J. Low Temp. Phys.
184
,
180
(
2015
).
5.
S.
Hähnle
,
N. v.
Marrewijk
,
A.
Endo
,
K.
Karatsu
,
D. J.
Thoen
,
V.
Murugesan
, and
J. J. A.
Baselmans
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
182601
(
2020
).
6.
S.
Hähnle
,
K.
Kouwenhoven
,
B.
Buijtendorp
,
A.
Endo
,
K.
Karatsu
,
D. J.
Thoen
,
V.
Murugesan
, and
J. J. A.
Baselmans
,
Phys. Rev. Appl.
16
,
014019
(
2021
).
7.
P. A. R.
Ade
,
R. W.
Aikin
,
M.
Amiri
,
D.
Barkats
,
S. J.
Benton
,
C. A.
Bischoff
,
J. J.
Bock
,
J. A.
Bonetti
,
J. A.
Brevik
,
I.
Buder
,
E.
Bullock
,
G.
Chattopadhyay
,
G.
Davis
,
P. K.
Day
,
C. D.
Dowell
,
L.
Duband
,
J. P.
Filippini
,
S.
Fliescher
,
S. R.
Golwala
,
M.
Halpern
,
M.
Hasselfield
,
S. R.
Hildebrandt
,
G. C.
Hilton
,
V.
Hristov
,
H.
Hui
,
K. D.
Irwin
,
W. C.
Jones
,
K. S.
Karkare
,
J. P.
Kaufman
,
B. G.
Keating
,
S.
Kefeli
,
S. A.
Kernasovskiy
,
J. M.
Kovac
,
C. L.
Kuo
,
H. G.
LeDuc
,
E. M.
Leitch
,
N.
Llombart
,
M.
Lueker
,
P.
Mason
,
K.
Megerian
,
L.
Moncelsi
,
C. B.
Netterfield
,
H. T.
Nguyen
,
R.
O’Brient
,
R. W.
Ogburn Iv
,
A.
Orlando
,
C.
Pryke
,
A. S.
Rahlin
,
C. D.
Reintsema
,
S.
Richter
,
M. C.
Runyan
,
R.
Schwarz
,
C. D.
Sheehy
,
Z. K.
Staniszewski
,
R. V.
Sudiwala
,
G. P.
Teply
,
J. E.
Tolan
,
A.
Trangsrud
,
R. S.
Tucker
,
A. D.
Turner
,
A. G.
Vieregg
,
A.
Weber
,
D. V.
Wiebe
,
P.
Wilson
,
C. L.
Wong
,
K. W.
Yoon
, and
J.
Zmuidzinas
,
Astrophys. J.
812
,
176
(
2015
).
8.
M. J.
Myers
, Ph.D. thesis,
University of California
,
Berkeley
,
2010
.
9.
C. L.
Chang
,
P. A. R.
Ade
,
Z.
Ahmed
,
S. W.
Allen
,
K.
Arnold
,
J. E.
Austermann
,
A. N.
Bender
,
L. E.
Bleem
,
B. A.
Benson
,
J. E.
Carlstrom
,
H. M.
Cho
,
S. T.
Ciocys
,
J. F.
Cliche
,
T. M.
Crawford
,
A.
Cukierman
,
J.
Ding
,
T.
de Haan
,
M. A.
Dobbs
,
D.
Dutcher
,
W.
Everett
,
A.
Gilbert
,
N. W.
Halverson
,
D.
Hanson
,
N. L.
Harrington
,
K.
Hattori
,
J. W.
Henning
,
G. C.
Hilton
,
G. P.
Holder
,
W. L.
Holzapfel
,
J.
Hubmayr
,
K. D.
Irwin
,
R.
Keisler
,
L.
Knox
,
D.
Kubik
,
C. L.
Kuo
,
A. T.
Lee
,
E. M.
Leitch
,
D.
Li
,
M.
McDonald
,
S. S.
Meyer
,
J.
Montgomery
,
M.
Myers
,
T.
Natoli
,
H.
Nguyen
,
V.
Novosad
,
S.
Padin
,
Z.
Pan
,
J.
Pearson
,
C.
Posada Arbelaez
,
C. L.
Reichardt
,
J. E.
Ruhl
,
B. R.
Saliwanchik
,
G.
Simard
,
G.
Smecher
,
J. T.
Sayre
,
E.
Shirokoff
,
A. A.
Stark
,
K.
Story
,
A.
Suzuki
,
K. L.
Thompson
,
C.
Tucker
,
K.
Vanderlinde
,
J. D.
Vieira
,
A.
Vikhlinin
,
G.
Wang
,
V.
Yefremenko
, and
K. W.
Yoon
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
25
,
1
(
2015
).
10.
D. M.
Pozar
,
Microwave Engineering
(
John Wiley & Sons
,
2012
).
11.
See https://www.keysight.com/us/en/products/software/pathwave-design-software/pathwave-advanced-design-system.html for more information about the software ADS; accessed 1 December 2022.
12.
Z. H.
Peng
,
B. W.
Fan
,
K. M.
Zhou
, and
S. C.
Shi
,
Proc. SPIE
11906
,
119060G
(
2021
).
13.
Z. J.
Chen
,
A.
Megrant
,
J.
Kelly
,
R.
Barends
,
J.
Bochmann
,
Y.
Chen
,
B.
Chiaro
,
A.
Dunsworth
,
E.
Jeffrey
,
J. Y.
Mutus
,
P. J. J.
O'Malley
,
C.
Neill
,
P.
Roushan
,
D.
Sank
,
A.
Vainsencher
,
J.
Wenner
,
T. C.
White
,
A. N.
Cleland
, and
J. M.
Martinis
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
052602
(
2014
).
14.
H.
Gao
,
W.
Miao
,
Z.
Wang
,
W.
Zhang
,
Y.
Ren
,
K. M.
Zhou
,
J. Q.
Zhong
, and
S. C.
Shi
,
J. Low Temp. Phys.
199
,
12
(
2020
).
15.
B. S.
Karasik
,
A. V.
Sergeev
, and
D. E.
Prober
,
IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol.
1
,
97
(
2011
).
16.
D. C.
Mattis
and
J.
Bardeen
,
Phys. Rev.
111
,
412
(
1958
).
You do not currently have access to this content.