可编程约瑟夫森结阵偏置组合算法研究

在可编程约瑟夫森量子电压标准系统中,快速并准确地计算各约瑟夫森子结阵的偏置状态是实现量子电压精准输出的前提。传统的枚举-索引算法通过遍历所有可能的偏置组合以寻找最优解,因此计算效率较低,难以适应量子电压非周期性连续变换输出等特殊应用场景。基于此,提出了一种面向三进制可编程约瑟夫森结阵的偏置组合算法。首先根据各子结阵中包含的约瑟夫森单结数量特征对子结阵进行自适应分组,并据此快速计算预偏置组合;进一步地,结合近似计算方法和量化误差补偿方法,克服预偏置组合中可能存在的子结阵失效、亚分辨率设计等特殊问题。实验结果表明,该算法在多种条件下均能找到最优偏置组合,并且计算效率明显优于传统的枚举-索引算法。

约瑟夫森结阵器件的研究进展

介绍了约瑟夫森效应在电压基准方面的应用，综述了目前国内外对用于电压基准的约瑟夫森结阵的研究和发展过程，重点介绍了国内用于电压基准的Nb／Nb，Si1-x／Nb单结的研究进展。

10V约瑟夫森结阵电压基准

在 1V约瑟夫森结阵电压基准的基础上 ,10 V约瑟夫森结阵电压基准于 1999年底在中国计量科学研究院量子部电压实验室建立。其校准电压在 0 .1V～ 10 V范围内连续可调。校准固态电压标准 10 V输出值的合成不确定度为 5.4× 10 -9(1σ)

1V及10V约瑟夫森结阵电压标准

为建立国家法定电压基准,中国计量科学研究院(NIM)对1-V和10-V约瑟夫森串联结阵电压标准进行了研究。其中结阵分别是由德国的PTB,日本的ETL,美国的NIST和韩国的KRISS提供的。采用的微波源是一个锁定到10MH_z频率标准上的高稳定高功率的85GH_z的G_aA_s耿氏管振荡器。所获得的1_v和10-V电压的总不确定度分别是9E-9和6E-9。

基于可编程SNS型约瑟夫森结阵的驱动系统研究

文章基于可编程SNS型约瑟夫森结阵,研究了一种交流量子电压驱动方法。该方法根据结阵的I-V特性,通过控制各段结阵的偏置状态及组合方式,实现交流量子电压的合成。采用电压源驱动方式,将节点电流分析法应用在偏置电路参数计算中,设计了偏置模块,搭建了交流约瑟夫森量子电压驱动系统。实验结果表明,该系统偏置电流的建立时间为1.27μs,稳定性优于6 n A/min,输出电流分辨率可达0.01 m A,可以合成频率为50 Hz、每周期40个采样点、有效值为1 V的交流约瑟夫森量子电压信号。

基于SNS型双路约瑟夫森结阵驱动方法研究

根据SNS型双路约瑟夫森结阵的驱动原理以及结阵分段特点,提出了平衡三进制驱动算法,实现了双路约瑟夫森结阵偏置状态的快速计算。根据约瑟夫森结阵的偏置状态以及组合方式,采用节点电压法,准确合成了双路阶梯波交流量子电压的台阶电压值,最终实现了最小分辨率为2个结,有效位为15位的交流量子电压输出。双路交流量子电压互测实验结果表明,合成交流量子电压的最大误差为0.06μV,双路信号同步性测试实验中,两个通道的相位差为-0.01μrad,证明了合成双路交流量子电压具有较高的幅值准确度和相位同步性。

建立新一代约瑟夫森电压基准——正弦量子电压信号的合成

利用SINIS型约瑟夫森结阵建立的新一代约瑟夫森电压基准可以合成动态电压信号,论文研究了交流量子电压的合成方法,研制了用于合成交流量子电压的SINIS结高速驱动装置,深入分析了合成交流量子电压的误差及测量不确定度。实验结果表明,目前合成1 V峰值60 Hz频率的交流电压,其有效值的测量不确定度优于2×10-6量级。用SINIS结高速驱动装置合成的交流量子电压具有很好的稳定性和良好的不确定度指标。交流量子电压的成功合成填补了国内该研究领域的空白,为进一步建立我国首个交流量子电压基准奠定了良好基础。

交流约瑟夫森电压合成装置的研究

设计制作了一套交流约瑟夫森电压合成装置（JAWS），能够驱动1VSINIS型可编程约瑟夫森结阵合成峰值1．2V、200Hz以下频率的交流量子电压。实验结果表明，该装置能够合成200Hz以下频率的交流量子电压，且合成印Hz交流电压的不确定度优于5x10^-6，为进一步开展我国首个交流量子电压基准的研究工作奠定了基础。

高温超导约瑟夫森太赫兹辐射源

本文回顾了约瑟夫森结阵太赫兹信号源的研究背景和本征约瑟夫森结的发展,详细介绍了高温超导单晶Bi2Sr2CaCu2O8本征约瑟夫森结阵太赫兹源的样品制备、工作原理、自热现象及频率可调性等特性.这种太赫兹辐射源最高工作频率和可调频率范围已分别超过1THz和500GHz,在空间通信、波谱成像、环境监测等方面将会有重要应用.

一种鲁棒区分PJVS交流量子电压台阶平稳区与过渡区的判据

可编程约瑟夫森电压基准(programmable Josephson voltage standard,PJVS)通过生成阶梯波构建交流量子电压,其产生量子电压台阶过程中,会伴生过渡过程,导致电压台阶两端数据的准确性较低。常见的数据处理方法是将过渡过程的数据剔除,仅利用量子电压台阶上平稳区的数据,实现交流量子电压量值的复现。针对常用的3σ(σ为数据标准差)准则、片段采样方法等数据筛选准则,该文提出一种由量子电压台阶中心双向延拓并最小化A类测量不确定度的平稳区与过渡区判据,通过自动识别量子电压台阶的平稳区与过渡区,提升PJVS电压阶梯波复现交流电压量值的准确性。实验结果表明:该文提出的数据平稳区与过渡区的判据具有较高的鲁棒性和交流电压复现准确性,在2.5 kHz范围内,可使量子电压阶梯波信号复现交流电压幅值的偏差和A类测量不确定度均优于2.5×10-6。研究成果可有效提升量子电压阶梯波信号的测算准确性。

交流约瑟夫森量子电压在电磁计量中的应用

随着国际单位制变革的完成,计量单位量子化和量值传递扁平化成为未来发展趋势。通过分析约瑟夫森结阵的I-V特性曲线,给出了合成量子电压的方法;通过介绍不同阶梯波信号的合成方法和约瑟夫森结阵偏置状态计算方法,实现了可用于不同电参数测量的交流量子电压合成;为满足基波和谐波功率信号的测量,介绍了用于功率测量的两路相位可调阶梯波信号合成方法;利用所合成的阶梯波信号制定了交流电压测量方法、功率测量方法和感应分压器角差和比差测量方法,并给出了实验结果,证明了交流量子电压在电磁计置中的重要作用。为实现宽频带电参数向交流量子电压的溯源,介绍了脉冲驱动型交流量子电压的发展现状及应用前景。