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Kombinierte Josephson-Systeme für spektral reine Wellenformen mit großen Amplituden

13.11.2012

Eine schnelle und flexible Code Programmierung ermöglicht die Erzeugung beliebiger Wellenformen mit einem puls-getriebenen Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) – allerdings nur mit Amplituden bis zu etwa 100 mV. Durch Kombination zweier unterschiedlicher Synthesizer-Typen (Bild 1), einem JAWS und einem Synthesizer, der auf einem binären programmierbaren Josephson  Array (PJVS) basiert, ist es jetzt gelungen, Sinuswellen mit geringem Oberschwingungsgehalt und Amplituden von über 1 V zu erzeugen. Bereits nach zwei Iterationsschritten der Code-Optimierung ist das JAWS in der Lage, den gesamten Oberwellenanteil einer stufenförmigen Sinuswelle des PJVS von 1 V auf besser als -110 dBc zu unterdrücken (Bild 2). Das so erzeugte Signal ist extrem frequenz- und, da die Signale auf einem Quanteneffekt basieren, auch sehr amplitudenstabil. Die relative Amplitudenstabilität ist besser als 6 10-8. Die Genauigkeit der Amplitude konnte bisher nur mit +9 ± 5 10-7(k=1) abgeschätzt werden. Dabei war die Kalibrierung durch die zeitliche Stabilität des als Transfernormal verwendeten Analog-Digital-Konverters begrenzt. Die spektrale Reinheit, Amplitudenstabilität und quantenbasierte Amplitudengenauigkeit, zusammen mit der Möglichkeit auch beliebige Wellenformen synthetisieren zu können, machen aus dem kombinierten Synthesizer ein hervorragendes Werkzeug, das in der Wechselspannungsmetrologie oder zur Untersuchung von Präzisionselektronik eingesetzt werden kann. Für die Zukunft ist geplant, die Amplitude präziser zu kalibrieren, sie auf 10 V anzuheben und die Signalfrequenz bis in den Audiobereich auszudehnen.

 

 

 

Bild 1: Schematisches Diagramm der PJVS/JAWS Kombination.

 

 

 

 

 

Bild 2: Frequenzspektrum der PJVS/JAWS Kombination für eine 156,25 Hz Sinuswelle nach der zweiten Iteration.

 

 

 

 

 

Ansprechpartner: R. Behr
Fachbereich 2.6:  Elektrische Quantenmetrologie