基于高温超导双晶结的约瑟夫森效应观测实验

基于YBa2Cu3O7-δ高温超导双晶结,组建了约瑟夫森效应测试装置.利用此装置观察了直流和交流约瑟夫森效应,并测量了约瑟夫森结的临界电流和夏皮罗台阶.     

高温超导双晶结混频器噪声系数测量

噪声系数(Noise Figure,NF)是超导混频器的一个重要参数,是衡量超导混频器内部噪声、影响混频器灵敏度的一个重要指标.实验基于小型脉冲管制冷系统,搭建高温超导约瑟夫森双晶结混频器噪声系数自动测量系统,工作温度为60K.Ar离子刻蚀工艺技术制备高温超导YBa2Cu3O7-δ(YBCO)/MgO约瑟夫森双晶结,通过Y-因子噪声测量法,测量YBCO/MgO约瑟夫森双晶结混频器的噪声系数.实验成功制备了特征电压约1mV的YBCO/MgO约瑟夫森双晶结,在650GHz信号辐照下,有明显的夏皮罗(Shapiro)台阶.在210GHz信号辐照下,进行30次谐波混频,约瑟夫森双晶结在不同偏置电压点中频输出信噪比变化范围约为30dB.在77K与300K不同输入噪声功率下,测得双晶结混频器噪声系数最小值为10dB,偏置电压在300μV.     

高临界电流密度NbN约瑟夫森结的制备和特性表征

我们开展了高临界电流密度的NbN约瑟夫森结的制备和特性研究.利用直流磁控溅射方法在单晶MgO(100)衬底上外延生长NbN/AlN/NbN三层膜,并使用微加工工艺制备了NbN约瑟夫森隧道结,在液氦温度下对NbN约瑟夫森结的电流-电压特性进行了测量,实验结果表明,NbN约瑟夫森结具有良好的隧穿特性,其临界电流密度J_c为10 kA/cm^2,质量因子大于10,能隙是5.7 mV,这些实验结果为基于NbN结的超导数字电路研究奠定了坚实的基础.     

热噪声对串联约瑟夫森结阵列相位锁定的影响研究

相位锁定对于约瑟夫森结阵列的应用具有重要意义,采用数值仿真的方法研究了热噪声对约瑟夫森结阵列相位锁定的影响。采用电阻电容并联约瑟夫森结模型,利用公共并联电阻实现阵列的相位锁定,取不同的热噪声水平研究系统存在相位锁定的参数范围。结果包括不同热噪声情况下,约瑟夫森结临界电流的不一致性、McCumber参数对实现相位锁定的参数范围的影响,得到了热噪声对相位锁定的影响规律。     

超导约瑟夫森结物理参数的实验推算

超导约瑟夫森结是实现超导量子计算和微波单光子探测的核心器件,其物理参数很难直接测定.与之前常用的测量结微波激励效应估计方法不同,本文通过实验测量低频电流驱动下的约瑟夫森结Ⅰ-Ⅴ曲线及其跳变电流统计分布,并与基于标准电阻电容分路结模型数值模拟进行比对,推算出了约瑟夫森结的临界电流I_c、电容C、电阻R及阻尼参数β_c等物理参数.结果表明,所推算的参数值与基于微观理论推导所得到的Ambgaokar-Baratoff公式基本符合,可供约瑟夫森结的器件参数按需设计和制备工艺的参数设置等参考.     

一种通过约瑟夫森结非线性频率响应确定微波耗散的方法

通过对电流偏置超导约瑟夫森结的微波驱动行为的研究,提出了一个确定约瑟夫森结微波耗散的方法.结的微波耗散由它的品质因子描述.微波耗散严重影响约瑟夫森器件如参量放大器、超导量子比特等的性能.对电流偏置的约瑟夫森结势阱采用四阶近似后,可以得到在较强微波驱动下约瑟夫森结非线性微波响应方程.该方程定量描述了非线性共振频率随外加微波功率变化关系:非线性共振频率与结等离子频率的差别依赖于约瑟夫森结的微波品质因子.对电流偏置的约瑟夫森结的微波运动行为进行了数值模拟.模拟结果确证了微波品质因子与非线性共振频率-等离子频率差别的定量关系可以应用于约瑟夫森结中.用这种非线性频率响应方法来确定约瑟夫森结的微波耗散没有严格的温度要求,可在单个电流偏置的结中完成,实验上具有简单可靠性.     

并联电阻对串联约瑟夫森结阵列相位锁定的影响研究

利用约瑟夫森结阵列制作毫米/亚毫米微波源的一个重要问题是阵列中约瑟夫森结的相位锁定.本文采用仿真的方法研究了约瑟夫森结RCSJ模型存在并联电阻时的相位锁定问题.研究结果包括约瑟夫森结临界电流的不一致性、McCumber参数和结的个数对能够实现相位锁定的参数范围的影响.结果对于约瑟夫森结阵列作为太赫兹产生和检测应用具有重要意义.     

本征约瑟夫森结阵列的PSpice模型及混沌行为研究

建立了电容耦合本征约瑟夫森结阵列在电路仿真软件PSpice中的模型，利用这个模型对恒定电流驱动下的本征约瑟夫森结阵列进行了仿真研究.通过与不存在电容耦合的本征约瑟夫森结的时域波形、频谱、分维和相图等结果的对比，发现了本征约瑟夫森结阵列中的混沌行为.这一发现对于本征约瑟夫森结的理论和应用研究有重要的意义.     

用于电压基准的Nb/NbxSi1-x/Nb约瑟夫森单结的研制

现代可编程约瑟夫森电压基准的核心器件是约瑟夫森结阵.目前最具有优势的约瑟夫森结阵是 Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料的结阵. Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料的约瑟夫森结 具有三层薄膜的制作过程简便, Nb和Nb_xSi_1-x刻蚀工艺相同以及Nb_xSi_1-x 势垒层成分可调等优点.中国计量科学研究院设计制作了Nb/Nb_xSi_1-x/Nb约瑟夫森单结. 通过在4.2 K低温下对所做单结进行直流电流-电压特性测量,观测到了清晰的超导隧穿电流和 从零电压态向电压态的跳变,最后就测量结果进行了分析讨论.此项工作属于国内首个开展 Nb/Nb_xSi_1-x/Nb材料约瑟夫森单结研究的工作.     

高温超导约瑟夫森效应演示仪

<正>设备组成:测量仪+样品+测量杆;测量仪:高温超导约瑟夫森效应演示仪微波源:固态微波发生器;频段:10GHz;最大输出功率:80mW;衰减器:最大衰减20dB;样品:高温超导晶界约瑟夫森结尺寸:10mm×10mm×1mm;工作温度:77K(液氮沸点温度)测量杆:采用快速真空接头的漏热式恒温器;工作温度:300K至77K;性能指标:能测量、显示高温超导约瑟夫森结和超导体的临界转变温度Tc和交直流约瑟夫森效应(约瑟夫森结的Ⅰ-Ⅴ曲线)。配置一些其它部件还可显示约瑟夫森电流随磁场的     

Measuring non-Gaussian fluctuations through incoherent cooper-pair current

We study a Josephson junction (JJ) in the regime of incoherent Cooper-pair tunneling, capacitively coupled to a nonequilibrium noise source. The current-voltage (I-V) characteristics of the JJ are sensitive to the excess voltage fluctuations in the source, and can thus be used for wideband noise detection. Under weak driving, the odd part of the I-V can be related to the second cumulant of noise, whereas the even part is due to the third cumulant. After calibration, one can measure the Fano factors for the noise source, and get information about the frequency dependence of the noise.     

像增强器噪声频谱特性测试技术研究

对一台进口的像增强器信噪比（SNR）测试仪进行履行，重新研制和设计了测试仪的信号处理模块、计算机系统和测试软件，采用硬件滤波、软件数字滤波和快速傅里叶变换（FFT）相结合的方法实现了像增强器噪声的频谱特性测试。利用所研制的测试仪对多种型号的进口和国产像增强器的噪声频谱进行了测试分析，并给出了分析测试结果。     

声辐射阻测量系统设计及测量精度影响因素分析*

在噪声控制领域,声辐射阻是一个重要的声学变量,在产品的设计阶段,可以通过改变结构表面形状来改变结构的声辐射阻抗,从而达到降噪的目的。本文基于集中参数模型,设计了测量设备,搭建了实验测量系统,并通过对无限大障板上圆形活塞声源的声辐射阻的测量对影响实验测量结果的因素进行了研究,之后对消音器入口处辐射阻进行了测量。测量结果表明:该实验测量系统具有操作简单,测量方便快捷,测量结果精度高等特点,可用于确定结构表面声辐射阻矩阵。     

部分相干信息处理系统的噪声演绩(Ⅱ)——时间部分相干照明

本文研究了时间相干性对光学信息处理系统噪声演绩的影响。以输出信噪比作为信息处理系统噪声演绩的度量,系统中任意平面上的颗粒噪声及相位噪声作为主要的噪声源。结果表明,时间部分相干照明可以提高系统的输出信噪比,对系统的装置噪声有明显的抑制作用。     

Radiation from a single Josephson junction into free space due to Josephson oscillations

We consider electromagnetic emission from a Josephson junction (JJ) in a resistive state in an external magnetic field and derive the radiation power from the dielectric layer inside a JJ directly into outside dielectric media. Matching the electric and magnetic fields at the JJ edges, we find dynamic boundary conditions for the phase difference in JJ. We find that the fraction of the power transformed into radiation is determined by the dissipation inside the JJ. It tends to unity as dissipation vanishes independently of the mismatch of the junction and dielectric media impedances.     

基于AVR单片机的超声波测距系统构建

为了提高超声波测距精度,构建了基于AVR单片机的测距及数据处理系统。分析了超声波测距的原理,以AVR单片机为处理器设计了超声波产生和发射电路、超声波接收和信号处理电路以及温度测量和补偿电路等。针对温度对超声波速度的影响,根据超声波速度与温度的关系,设计了超声波速度补偿算法。为了提高回波时间测量准确性,减小随机噪声及空气中其他杂散播干扰的影响,采用均值数字滤波方法,对计数时间进行处理。实测结果表明,在3cm~400cm范围内,超声波测距系统测量数据准确,最大误差为0.66cm。     

水下目标噪声测量中的同步钟测距

本测距系统采用两只型号相同的ＷＺＧ－５ＭＨｚ石英晶体振荡器，在同一个时基标准下进行同步测距，５ＭＨｚ石英晶体振荡器具有准确度高，稳定性好的特点，从而成功的解决了在舰船辐射噪声测量中，目标船与测量水听器间测距误差大的问题。本文较详细的介绍了同步钟测距原理，并对在舰船辐射噪声测量中噪声级与距离关系，目标船相对测量水听器的位置，测距误差等进行了描述。     

HLSⅡ干涉法测量储存环横向尺寸与发射度

为了满足合肥光源升级改造后测量小束流尺寸的需求,设计了干涉法测量束团尺寸与发射度系统。简要介绍了在可见光波段利用干涉法测量束团横向尺寸的原理,详细介绍了该系统的光路与软硬件系统和图像处理算法。为了消除CCD的本底噪声对测量的影响,建立了本底噪声图像与束流流强的查找表,最终得到了多束团模式下的在线实验结果。测量得到的水平尺寸为265μm,测量误差为5.78μm;垂直尺寸为114μm,测量误差为4.89μm。     

中压气源的亚/跨音速射流噪声试验台设计*

在全消声室配套射流噪声试验台是开展射流噪声机理和测量方法研究的重要基础。该文研究了中压气源亚/跨音速射流噪声试验台设计,包括设计指标分析、系统软硬件组成、调试以及达到的效果等。结果表明,采用两级调压的方式可以较好地满足射流噪声研究所需的流量和压力需求,同时通过合理的流道设计,控制精度和流场品质均达到较高要求。与国际主流结果对比表明,该试验台测得的射流噪声信号具有极低的干扰噪声水平。     

基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法

太赫兹雷达系统在差频信号频谱分析过程中,干扰噪声影响其测距能力.针对上述问题,提出基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法,通过对含噪差频信号进行二次采样,利用自适应随机共振系统提取信号,进行尺度恢复完成测距计算.实验数据显示,不同测量距离时,相较于快速傅里叶变换法,输出信噪比的平均增益为9.684 d B,其中测量距离为1000 mm处,差频信号初始频谱值提高了64.1倍,系统信噪比增益为11.761 d B;相较于滤波法,在测量距离为1000 mm处信噪比增益最大,提高了70.56%;输入噪声强度为1—5 V之间时,输出信噪比曲线的曲率相对于滤波法降低了86.5%,其中噪声强度为5 V时信噪比增益最大,为14.018 d B.实验表明太赫兹雷达系统的测距能力大幅提高.