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Erhöhung der Ausgangsspannung des JAWS-Spannungsnormals durch Stapelung von Josephson-Kontakten in einer Serienschaltung

21.11.2013

Die Ausgangsspannung des JAWS-Spannungsnormals konnte durch Verwendung von zweifach gestapelten Josephson-Kontakten in einer Serienschaltung aus zwei Einzelschaltungen, die auf einem Chip supraleitend gekoppelt sind, erhöht werden. Mit insgesamt 12 000 Josephson-Kontakten wurden Ausgangsspannungen von ca. 180 mVRMS bzw. 520 mVPP synthetisiert.

Das pulsgetriebene AC-Josephson-Spannungsnormal ermöglicht die Erzeugung spektral reiner, beliebiger Wellenformen. Es wird deshalb auch als Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) bezeichnet. Wesentliche Komponente dieses JAWS sind SNS-Josephson-Schaltungen, die im Reinraumzentrum der PTB aus Kontakten mit NbxSi1-x-Barrieren in einem Fenster-Prozess hergestellt werden. Mittlerweile werden standardmäßig zweifach gestapelte Josephson-Kontakte verwendet. Dies erlaubt eine Verdopplung der Ausgangsspannung im Vergleich zu ansonsten identischen Schaltungen mit einfachen Josephson-Kontakten. Auf einem 10 mm x 10 mm Chip sind zwei Schaltungen angeordnet, die gleichzeitig betrieben werden, wodurch in der Serienschaltung die Ausgangsspannung nochmals verdoppelt wird. Auf diese Art wurden 12 000 Josephson Kontakte integriert und Ausgangsspannungen von ca. 180 mVRMS bzw. 520 mVPP erreicht.

Die Messungen ergaben, dass höhere harmonische Frequenzen mit mindestens 116 dBc Abstand sehr gut unterdrückt sind. In einem Frequenzbereich von ca. 60 Hz bis mehr als 1 MHz können beliebige Wellenformen mit dem JAWS-System synthetisiert werden. Darüber hinaus erlaubt das JAWS-System durch Nutzung der ersten Shapiro-Stufe auch die Erzeugung von DC-Spannungen bis zu 370 mV.

Bild 1: Frequenz- (oben) und Zeit- (unten) Darstellung einer Sinuswelle mit einer Frequenz von 3750 Hz und einer Spannung von 184 mVRMS (bzw. 521 mVPP). Um die gezeigte Spannung zu erzeugen, wurden zwei Schaltungen mit insgesamt 12 000 zweifach gestapelten Josephson-Kontakten in Serie betrieben.

 

 

 

Ansprechpartner: O. Kieler
Fachbereich 2.4:  Quantenelektronik