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Pulsgetriebene Josephson-Normale: Entwicklung und messtechnische Anwendungen

Zur Erzeugung von Wechselspannungen mit beliebigen Wellenformen benutzen wir Josephson-Schaltungen, die mit sehr kurzen Strompulsen betrieben werden. Diese Schaltungen werden von der Arbeitsgruppe 2.43 im Reinraumzentrum der PTB hergestellt. Eine detaillierte Erklärung der Funktionsweise des sogenannten Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer (JAWS) gibt es hier.


Der experimentelle JAWS-Messaufbau basiert auf einem Pulsgenerator, der ternäre Pulse (-1 / 0 / +1) mit einer maximalen Pulsfolgefrequenz von 15 GHz an die Schaltungen sendet. Die Chips werden bei 4,2 K (etwa -269 °C) in flüssigem Helium betrieben. Mit dem JAWS können wir beliebige Wellenformen im Zeit- oder im Frequenzbereich synthetisieren, was für unterschiedlichste Anwendungen von großem Interesse ist.


Im August 2014 ist es uns gemeinsam mit Arbeitsgruppe 2.43 gelungen, Wellenformen mit einer Effektivspannung von 1 V (Spitze-Spitze-Spannung 2,845 V) zu erzeugen, indem wir acht Josephson-Reihenschaltungen mit insgesamt 63.000 Kontakten in Serie betrieben haben.

 

 

Schematischer Aufbau des 1 V JAWS Systems

Schematischer Aufbau des 1 V JAWS Systems. 4 Josephson-Chips mit 8 Josephson-Schaltungen werden in Serie geschaltet und parallel vom Pulsgenerator betrieben. Mit einem Spektrum-Analysator wird die Qualität des Ausgangssignals bewertet.

 

 

Probenstab mit abgenommenen Abschirmbecher und Probenhalter mit Josephson-Chip

Unteres Ende des Probenstabs mit abgenommenen Abschirmbecher. Zu erkennen sind die elektrischen Zuleitungen und einige Probenhalter mit Josephson-Chips.

 

 

Aufbau des 1 V JAWS Systems

Bild des 1 V JAWS Systems. Der Probenstab befindet sind in einer Heliumkanne, im Rack rechts daneben die Steuerelektronik mit dem Pulsgenerator.

 

 

Ausgewählte Publikationen der Arbeitsgruppe

 


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