Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Hybrid-Chip und Carrier Entwicklung für den optischen Betrieb eines JAWS

27.11.2017

Für den optischen Betrieb des pulsgetriebenen Josephson-Spannungsnormals JAWS mittels Photodioden, die direkt bei 4 Kelvin betrieben werden, wurden im Rahmen des EMPIR Projektes QuADC ein Hybrid-Chip (Carrier Chip für Photodioden) und ein Multifunktions-Carrier entwickelt, hergestellt und erfolgreich getestet.

 

 

 

Das pulsgetriebene Josephson-Wechselspannungsnormal ermöglicht die Erzeugung beliebiger spektral reiner Wellenformen. Es wird auch als Josephson Arbitrary Waveform Synthesiser (JAWS) bezeichnet. Um eine metrologisch relevante Ausgangsspannung von 1 V RMS zu erreichen, benötigt man mehrere HF-Kanäle eines Pulsgenerators. Für die perspektivische Erhöhung auf Werte von bis zu 10 V RMS würde die Zahl der HF-Kanäle auf unwirtschaftliche Werte ansteigen lassen. Eine kostengünstigere Lösung wäre ein optischer Betrieb über Glasfaser mit dem Einsatz von Photodioden, die einen Pulsbetrieb ermöglichen, bei 4 Kelvin. Hierdurch kann eine effiziente Parallelisierung erfolgen.


Dazu müssen geeignete schnelle Photodioden per Flip-Chip-Methode auf einem speziell dafür ausgelegten supraleitenden Carrier-Chip kontaktiert werden. Ein solcher Chip wurde an der PTB entwickelt und hergestellt und den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. Damit konnten erfolgreich erste Messungen zur Erzeugung hochfrequenter Pulse mit großer Ausgangsamplitude durchgeführt werden (E. Bardalen et al., IEEE Trans. Components, Packaging and Manufacturing Technol. 7(9), September 2017).


Für den kombinierten Einsatz dieser Photodioden Hybrid-Chips mit den JAWS Schaltungen wurde an der PTB ein Multifunktions-Carrier entwickelt, hergestellt und getestet, der einen elektrischen oder einen optischen Betrieb ermöglicht. Hierzu befindet sich eine auswechsel- und rotierbare Zentral-Platine auf dem Carrier, der aus speziellem HF-Material ("Rogers Serie") gefertigt wurde. Bild 1 zeigt das Schema dieses Spezial-Carriers.
Bild 2 zeigt ein Foto des Carriers, der bereits mit einem JAWS Chip bestückt und erfolgreich getestet wurde.

 

 

Schemazeichnung Multifunktion-Carrier

Bild 1: Schemazeichnung des Multifunktions-Carriers zum kombinierten Einsatz eines Photodioden Hybrid-Chips und eines JAWS Chip. Durch die auswechsel- und rotierbare Zentral-Platine kann ein elektrischer oder optischer Betrieb getestet werden.

 

 

Spezial-Carrier mit JAWS-Chip

Bild 2: Foto des Spezial-Carriers mit einem JAWS-Chip.