嵌入到Fabry-Perot谐振腔的双晶约瑟夫森结阵列的阻抗匹配和相位锁定研究

王争; 赵新杰; 何明; 周铁戈; 岳宏卫; 阎少林

doi:10.7498/aps.59.3481

摘要

在He等人所做的嵌入到Fabry-Perot谐振腔中约瑟夫森结阵列的微波辐照研究基础上，提出了同时实现约瑟夫森结阵列阻抗匹配和相位锁定的方法，进行了相关的电磁仿真和数值计算.双晶约瑟夫森结阵列被制作在YSZ双晶基片上，同时被嵌入到Fabry-Perot谐振腔内.通过在基片上制作与结阵列集成的串联馈电半波偶极天线阵，并对其结构进行优化实现了结与天线的匹配，数值计算表明结的辐射效率达到94%；利用天线阵辐射场的特征和对模型合理的设计，使Fabry-Perot谐振腔和基片同时谐振在合适的模式下，从而使结阵列与谐

关键词:

Abstract

We proposed a method for implementing impedance matching and phase locking of Josephson junction arrays based on Hes previous report on the coupling mechanism of a millimeter wave radiation to bicrystal Josephson junction arrays embedded in a Fabry-Perot resonator，and relevant electromagnetic simulations and numerical calculations were performed. A bicrystal Josephson junction array was fabricated on a YSZ bicrystal substrate，and embedded in a Fabry-Perot resonator. Impedance matching was implemented by integrating an optimized half-wavelength dipole array fed in series with the junction array，and numerical calculations showed that the radiation efficiency of a single junction reached 94%. Through making good use of the radiation characteristics of the antenna array and optimizing the model，the FP resonator and the substrate can be driven to resonate in proper modes respectively，which benefits the high frequency electromagnetic coupling between the junction array and the resonators. The numerical simulations proved that this method is effective for realizing self-voltage locking and mutual-phase locking of junction arrays. The method proposed in this paper and calculation results are valuable for guiding the applications of Josephson junction arrays in THz signal generators and voltage standards.

Keywords:

作者及机构信息

(1)南开大学信息技术科学学院电子信息科学与技术系，天津 300071; (2)南开大学信息技术科学学院电子信息科学与技术系，天津 300071；Institute of Bio- and Nanosystems and CNI-Centre of Nanoelectric Systems for Information Technology，Forschungszentrum Jülich GmbH，D-52428 Jülich，Germany

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号：2006CB601006)，国家高技术研究发展计划(863)( 批准号：2006AA03Z213)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号：200800551009)资助的课题.

Authors and contacts

(1)南开大学信息技术科学学院电子信息科学与技术系，天津 300071; (2)南开大学信息技术科学学院电子信息科学与技术系，天津 300071；Institute of Bio- and Nanosystems and CNI-Centre of Nanoelectric Systems for Information Technology，Forschungszentrum Jülich GmbH，D-52428 Jülich，Germany

参考文献

[1]	［1］Robertazzi R P，Buhrman R A 1989 IEEE Trans. Magnetics 25 1384
[2]	［2］Liu B，Wengler M J 1991 IEEE Trans. Appl. Supercond. 1 150
[3]	［3］Booi P A A，Benz S P 1996 Appl. Phys. Lett. 68 3799
[4]	［4］Darula M，Doderer T，Beuven S 1999 Supercond. Sci. Technol. 12 R1
[5]	［5］Li Xiao Wei 2007 Chin. Phys. 16 3514
[6]	［6］You Y X，Zhao Z G，Wang J，Liu M 2008 Acta Phys. Sin. 57 7252 (in Chinese) ［尤育新、赵志刚、王进、刘楣 2008 57 7252］
[7]	［7］Grib A N，Seidel P，Scherbel J 2002 Phys. Rev.B 65 094508-1
[8]	［8］He M，Klushin A M，Klein N 2007 Supercond. Sci. Technol. 20 S413
[9]	［9］William Culshaw 1961 IRE Trans. Microwave Theory Tech. 9 135［10］CST Microwave Studio，Available at：http：//www.cst.com
[10]	］Wang Z，Yue H W，Zhou T G，Zhao X J，He M，Xie Q L，Fang L，Yan S L 2009 Acta Phys. Sin. 58 540 (in Chinese) ［王争、岳宏卫、周铁戈、赵新杰、何明、谢清连、方兰、阎少林 2009 58 540］
[11]	］Guillon P，Yves Garult 1977 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 25 916
[12]	］Fiedzius S，Jelenski A 1971 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 19 778
[13]	］Jain A K，Likharev K K，Lukens J E，Sauvageau J E 1984 Phys. Rep. 109 309
[14]	］Balanis C A 1997 Antenna theory analysis and design 2nd edition (New York：John Wiley & Sons，Inc) p73—77
[15]	］Mongia R K，Arora R K 1993 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 41 1245
[16]	］Klushin A M，Druzhnov D M，Klein N 2006 J of Physics：Conference Series 43 1155
[17]	］Tarasov M，Stepantsov E，Lindstrom T，Kalabukhov A，Ivanov Z，Claeson T 2002 Physica C 372-376 355

施引文献

[1]	［1］Robertazzi R P，Buhrman R A 1989 IEEE Trans. Magnetics 25 1384
[2]	［2］Liu B，Wengler M J 1991 IEEE Trans. Appl. Supercond. 1 150
[3]	［3］Booi P A A，Benz S P 1996 Appl. Phys. Lett. 68 3799
[4]	［4］Darula M，Doderer T，Beuven S 1999 Supercond. Sci. Technol. 12 R1
[5]	［5］Li Xiao Wei 2007 Chin. Phys. 16 3514
[6]	［6］You Y X，Zhao Z G，Wang J，Liu M 2008 Acta Phys. Sin. 57 7252 (in Chinese) ［尤育新、赵志刚、王进、刘楣 2008 57 7252］
[7]	［7］Grib A N，Seidel P，Scherbel J 2002 Phys. Rev.B 65 094508-1
[8]	［8］He M，Klushin A M，Klein N 2007 Supercond. Sci. Technol. 20 S413
[9]	［9］William Culshaw 1961 IRE Trans. Microwave Theory Tech. 9 135［10］CST Microwave Studio，Available at：http：//www.cst.com
[10]	］Wang Z，Yue H W，Zhou T G，Zhao X J，He M，Xie Q L，Fang L，Yan S L 2009 Acta Phys. Sin. 58 540 (in Chinese) ［王争、岳宏卫、周铁戈、赵新杰、何明、谢清连、方兰、阎少林 2009 58 540］
[11]	］Guillon P，Yves Garult 1977 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 25 916
[12]	］Fiedzius S，Jelenski A 1971 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 19 778
[13]	］Jain A K，Likharev K K，Lukens J E，Sauvageau J E 1984 Phys. Rep. 109 309
[14]	］Balanis C A 1997 Antenna theory analysis and design 2nd edition (New York：John Wiley & Sons，Inc) p73—77
[15]	］Mongia R K，Arora R K 1993 IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 41 1245
[16]	］Klushin A M，Druzhnov D M，Klein N 2006 J of Physics：Conference Series 43 1155
[17]	］Tarasov M，Stepantsov E，Lindstrom T，Kalabukhov A，Ivanov Z，Claeson T 2002 Physica C 372-376 355

[1]	王勤霞, 王志辉, 刘岩鑫, 管世军, 何军, 张鹏飞, 李刚, 张天才. 腔增强热里德伯原子光谱. , 2023, 72(8): 087801. doi: 10.7498/aps.72.20230039
[2]	谢冰鸿, 徐国凯, 肖绍球, 喻忠军, 朱大立. 非线性磁电换能器模型的谐振磁电效应分析及其输出功率优化. , 2023, 72(11): 117501. doi: 10.7498/aps.72.20222277
[3]	张秀芳, 马军, 徐莹, 任国栋. 光电管耦合FitzHugh-Nagumo神经元的同步. , 2021, 70(9): 090502. doi: 10.7498/aps.70.20201953
[4]	范栋, 习振华, 贾文杰, 成永军, 李得天. 量子真空计量标准中的非极性稀薄气体折射率测量研究. , 2021, 70(4): 040602. doi: 10.7498/aps.70.20201442
[5]	魏天丽, 吴德伟, 杨春燕, 罗均文, 苗强, 李响. 一种双模压缩微波制备的相位锁定方案. , 2020, 69(3): 034204. doi: 10.7498/aps.69.20191348
[6]	侯佳佳, 赵刚, 谭巍, 邱晓东, 贾梦源, 马维光, 张雷, 董磊, 冯晓霞, 尹王保, 肖连团, 贾锁堂. 基于压电陶瓷与光纤电光调制器双通道伺服反馈的激光相位锁定实验研究. , 2016, 65(23): 234204. doi: 10.7498/aps.65.234204
[7]	张晨, 曹祥玉, 高军, 李思佳, 郑月军. 一种基于共享孔径Fabry-Perot谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线. , 2016, 65(13): 134205. doi: 10.7498/aps.65.134205
[8]	闫晓娟, 马维光, 谭巍. 外腔共振和频系统中阻抗匹配的理论研究. , 2016, 65(4): 044207. doi: 10.7498/aps.65.044207
[9]	丛丽丽, 付强, 曹祥玉, 高军, 宋涛, 李文强, 赵一, 郑月军. 一种高增益低雷达散射截面的新型圆极化微带天线设计. , 2015, 64(22): 224219. doi: 10.7498/aps.64.224219
[10]	赵凯, 牟宗信, 张家良. 同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究. , 2014, 63(18): 185208. doi: 10.7498/aps.63.185208
[11]	王晶晶, 何博, 于波, 刘岩, 王晓波, 肖连团, 贾锁堂. 单光子调制锁定Fabry-Perot腔. , 2012, 61(20): 204203. doi: 10.7498/aps.61.204203
[12]	程用志, 肖婷, 杨河林, 肖柏勋. 圆环结构人工电磁吸波材料的仿真与实验研究. , 2010, 59(8): 5715-5719. doi: 10.7498/aps.59.5715
[13]	张燕萍, 赵晓鹏, 保石, 罗春荣. 基于阻抗匹配条件的树枝状超材料吸收器. , 2010, 59(9): 6078-6083. doi: 10.7498/aps.59.6078
[14]	岳宏卫, 王争, 樊彬, 宋凤斌, 游峰, 赵新杰, 何明, 方兰, 阎少林. 高温超导双晶约瑟夫森结阵列毫米波相干辐射. , 2010, 59(8): 5755-5758. doi: 10.7498/aps.59.5755
[15]	岳宏卫, 阎少林, 周铁戈, 谢清连, 游峰, 王争, 何明, 赵新杰, 方兰, 杨扬, 王福音, 陶薇薇. 嵌入Fabry-Perot谐振腔的高温超导双晶约瑟夫森结的毫米波辐照特性研究. , 2010, 59(2): 1282-1287. doi: 10.7498/aps.59.1282
[16]	赵志刚, 徐紫巍, 李斌, 刘楣. 无序二维约瑟夫森结阵列中磁场引起的涡旋玻璃态相变. , 2009, 58(8): 5750-5756. doi: 10.7498/aps.58.5750
[17]	王建明, 段开椋, 王屹山. 两光纤激光器相干合成的实验研究. , 2008, 57(9): 5627-5631. doi: 10.7498/aps.57.5627
[18]	陈子伦, 周朴, 许晓军, 侯静, 姜宗福. 谱线和耦合系数对光纤激光器相互注入锁定的影响. , 2008, 57(6): 3588-3592. doi: 10.7498/aps.57.3588
[19]	雷兵, 冯莹, 刘泽金. 利用全光纤耦合环实现三路光纤激光器的相位锁定. , 2008, 57(10): 6419-6424. doi: 10.7498/aps.57.6419
[20]	吴炳国, 赵志刚, 尤育新, 刘楣. 二维约瑟夫森结阵列中的相变及噪声频谱研究. , 2007, 56(3): 1680-1685. doi: 10.7498/aps.56.1680

计量

文章访问数: 7822
PDF下载量: 589
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板