用于精密测量玻尔兹曼常数的量子电压噪声源芯片研制

量子噪声温度计系统可通过比较导体中电子运动的热噪声和量子电压参考噪声精密测量玻尔兹曼常数,其中量子电压噪声源所合成的量子电压参考噪声由一组超导约瑟夫森结阵产生.本文详细介绍了基于Nb/Nb_xSi_(1-x)/Nb约瑟夫森结的量子电压噪声源芯片的设计、制备及测试;采用脉冲驱动模式,合成了具有量子精度的100 kHz交流量子电压信号.结果表明:本文所研制的噪声温度计核心芯片已具备了合成交流电压的功能,可为后续玻尔兹曼常数精密定值、重新定义及复现热力学温度研究提供核心器件.

基于高精度电子水平仪的平面镜水平调整方法

本文提出一种基于高精度电子水平仪实现平面镜反射面水平调整的方法,利用平面镜水平基准作参考进而实现激光干涉仪测量光束竖直方向准直的目的。利用该方法搭建的实验装置通过最短的传递环节将竖直轴向标准传递至平面镜反射面的水平调整上,建立数学模型证明了该方法可行性,并给出了仿真结果;通过实验及分析,本文搭建的实验装置竖直轴向标准精度小于28μrad,传递至平面镜的反射面上,实验得到平面镜水平倾角小于30μrad,从而实现一种平面镜反射面作为参考级水平基准的调整;最后设计实验应用于光束竖直方向准直调整,并实现与酒精液面参考的直接比对,实验证明本文搭建的平面镜水平调整装置与传统的酒精液面参考水平特性高度吻合。

能量天平不确定度分析与整体系统改进

将质量单位千克溯源到普朗克常数上是目前计量领域公认的实现质量重新定义的方法。能量天平法则是我国提出的用来测量普朗克常数与复现质量的一种方案。与国外采用的功率天平法相比,能量天平法拥有静态测量的优点。第一代能量天平系统已经完成了整体系统实验,对其不确定度的详细分析,有助于进一步优化设计方案,改进实验过程。最后得到其整体的不确定度为2.5×10^(-6)。针对其中主要的不确定度来源,在第2代能量系统中分别提出了相应的改进办法,为进一步降低实验不确定度提供了保证。

能量天平电磁体系统非线性误差研究

在功率天平和能量天平实验中,当磁体由铁磁材料构成时,悬挂线圈通电后产生的磁场会引入非线性误差。功率天平法采用的永磁体系统,磁场较强,引入的非线性误差小于1×10^-9。而在能量天平法中,电磁体系统产生的磁场较弱,同时存在闭磁路,磁路模型复杂,其非线性误差需要进一步研究。磁体的非线性误差主要与两个因素有关,一个是悬挂线圈电流大小,一个是磁轭在BH曲线上的工作点。在电磁体系统中,这两个因素都与激励电流有关。通过对电磁体系统磁路模型的分析,得到非线性误差随激励电流的关系曲线,发现磁轭适当的磁饱和可以减小非线性误差。通过调整激励电流,电磁体系统中的非线性误差可基本消除。磁路模型分析与实验结果在10^-7量级上相符合。