[发明专利]具有经由互感感应耦合到SQUID的线圈的SQUID

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有连接的线圈的直流超导量子干涉器(dc-SQUID)，所述线圈经由互感感应耦合到SQUID。

背景技术

所述超导量子干涉器(SQUID)是极其灵敏的传感器，其可以用来检测磁通量或任何可以被转换成磁通量的物理量。偏置到直流电源的“dc-SQUID”由超导环路组成，所述超导环路被两个(相同的)约瑟夫森(Josephson)结中断。可以在读出电子器件的帮助下检测SQUID的输出信号。最主要的设计难点在于，要放大非常小的输出信号而不引入来自前置放大器的噪声贡献。

图1描述的是偏置dc-SQUID的两种方式，电流偏置(current bias)和电压偏置(voltage bias)。在电流偏置模式(图1a所示)下，由理想电流源产生的恒定的电流穿过SQUID，随着外部磁通量的变化，加在SQUID两端的电压周期性地改变(如图2所示)。类似地，如果由理想电压源产生的恒定的电压应用在SQUID上(图1b所示)，随着外部磁通量的变化，穿过SQUID的电流也周期性地调整(如图2所示)。这里，在这两种偏置模式下，SQUID分别作为通量到电压或通量到电流的转换器。V-Ф(I-Ф)特性的周期是磁通量子Ф₀＝2.07×10^-15Wb。

一般地，前置放大器噪声贡献远远高于固有的SQUID噪声贡献。所述前置放大器引入两种额外的噪声源：电流噪声源和电压噪声源。通常，前置放大器的电流噪声贡献远远低于其电压噪声贡献。典型的电压噪声值是1nV/√Hz。在电流偏置和电压偏置的模式中，前置放大器的噪声贡献通常都高于固有的SQUID噪声。因此，最佳的SQUID读出设计需要读出SQUID信号而不加入前置放大器噪声。

目前，有很多种方法来抑制前置放大器噪声。

1、变压器和通量调制

R.L.Forgacs等人，″Digital-analog magnetometer utilizing superconducting sensor″，Rev.Sci.Instrum.38，214-220(1967)，首先使用升压变压器、调制通量和锁定检测器，因此可通过同步地检测在调制频率上的SQUID电压来感测外部通量。

2、二阶段配置

另一个可行的技术是使用第二SQUID作为低噪声前置放大器。有很多放大器SQUID可以选择：可以运行在模拟模式(M.Gershenson，″Design of a hysteretic SQUID as the readout for a dc-SQUID″，IEEE Trans.Magn.27，2910-2912(1991)和M.Podt等人，″Two-stage amplifier based on a double relaxation oscillation superconducting quantum interference device″，Appl.Phys.Lett.75，2316-2318(1999))或数字模式(D.Drung等人，″Measured performance parameters of gradiometers with digital output″，IEEE trans.Magn.25，1034-1037(1989))的具有裸(磁滞)结点的SQUID，以及通过通量调制读出的(F.C.Wellstood等人，″Low-frequency noise in dc superconducting quantum interference devices below 1K″，Appl.Phys.Lett.50，772-774(1987))，或者直接读出的(V.Foglietti，″Double dc-SQUID for flux-locked-loop operation″，Appl.Phys.Lett 59，476-478(1991)and Maslennikov等人，″A double dc-SQUID based magnetometer″，IEEE Trans.Appl.Supercond.5，3241-3243(1995))，或者具有串联的SQUID阵列的(R.P.Welty等人，″Two-stage integrated SQUID amplifer with series array output″，IEEE Trans.Appl.Supercond.3，2605-2608(1993))具有电阻分流结点的SQUID。

3、串联SQUID阵列