JPH06224638A - ジョセフソン発振器 - Google Patents
ジョセフソン発振器Info
- Publication number
- JPH06224638A JPH06224638A JP5011688A JP1168893A JPH06224638A JP H06224638 A JPH06224638 A JP H06224638A JP 5011688 A JP5011688 A JP 5011688A JP 1168893 A JP1168893 A JP 1168893A JP H06224638 A JPH06224638 A JP H06224638A
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- JP
- Japan
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- josephson
- oscillator
- ring resonator
- josephson junctions
- voltage
- Prior art date
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- Pending
Links
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 10
- 230000005668 Josephson effect Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ジョセフソン接合を用いた発振器の出力イン
ピーダンスを高める。 【構成】 偶数個のジョセフソン接合１、２をストリッ
プ線路３により接続してリング共振器を形成し、共振器
の共振周波数と等しい交流電流が得られるように各ジョ
セフソン接合１、２に電圧を印加する。
ピーダンスを高める。 【構成】 偶数個のジョセフソン接合１、２をストリッ
プ線路３により接続してリング共振器を形成し、共振器
の共振周波数と等しい交流電流が得られるように各ジョ
セフソン接合１、２に電圧を印加する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波ないしサブミ
リ波帯の発振に利用する。特にジョセフソン接合を用い
た発振器における出力インピーダンス整合に関する。
リ波帯の発振に利用する。特にジョセフソン接合を用い
た発振器における出力インピーダンス整合に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジョセフソン接合に電圧Ｖが加わると、
超伝導電子の波動関数（オーダーパラメータθ）の位相
差が時間的に変動する。これはジョセフソン効果の式に
より次のように記述される。
超伝導電子の波動関数（オーダーパラメータθ）の位相
差が時間的に変動する。これはジョセフソン効果の式に
より次のように記述される。
【０００３】
【数１】 超伝導電流Ｉは、ジョセフソン臨界電流Ｉc により、 Ｉ＝Ｉc sin θ と表されるから、
【０００４】
【数２】 なる交流電流が発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ジョセフソン
接合のインピーダンスは高々０．１Ω程度と極めて低
く、通常のマイクロ波回路で用いられる特性インピーダ
ンス５０Ωの回路系とは整合性が悪く、その発振出力を
効率的に取り出すことが困難であった。
接合のインピーダンスは高々０．１Ω程度と極めて低
く、通常のマイクロ波回路で用いられる特性インピーダ
ンス５０Ωの回路系とは整合性が悪く、その発振出力を
効率的に取り出すことが困難であった。
【０００６】本発明は、このような課題を解決し、外部
回路との整合性が高いジョセフソン発振器を提供するこ
とを目的とする。
回路との整合性が高いジョセフソン発振器を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のジョセフソン発
振器は、偶数個のジョセフソン接合と、この偶数個のジ
ョセフソン接合を実質的に等間隔の直列に接続してリン
グ共振器を構成する超伝導薄膜からなるストリップ線路
と、このリング共振器に沿って隣接するジョセフソン接
合どうしに互いに逆向きの実質的に等しい直流電圧が印
加されるようにストリップ線路に接続されたバイアス回
路とを備えたことを特徴とする。
振器は、偶数個のジョセフソン接合と、この偶数個のジ
ョセフソン接合を実質的に等間隔の直列に接続してリン
グ共振器を構成する超伝導薄膜からなるストリップ線路
と、このリング共振器に沿って隣接するジョセフソン接
合どうしに互いに逆向きの実質的に等しい直流電圧が印
加されるようにストリップ線路に接続されたバイアス回
路とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】ジョセフソン接合を直列に接続してリング共振
器を形成する。この共振器の共振周波数と等しい交流電
流が得られるように各ジョセフソン接合に電圧を印加す
ると、リング共振器上で定在波が発生する。したがっ
て、リング共振器の特性インピーダンス、すなわちリン
グ共振器を構成するストリップ線路の特性インピーダン
スを外部のマイクロ波回路のインピーダンスと同程度に
すれば、発振出力を効率よく取り出すことができる。
器を形成する。この共振器の共振周波数と等しい交流電
流が得られるように各ジョセフソン接合に電圧を印加す
ると、リング共振器上で定在波が発生する。したがっ
て、リング共振器の特性インピーダンス、すなわちリン
グ共振器を構成するストリップ線路の特性インピーダン
スを外部のマイクロ波回路のインピーダンスと同程度に
すれば、発振出力を効率よく取り出すことができる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明実施例のジョセフソン発振器を
示す平面図であり、図２はそのＡ−Ａ断面図である。
示す平面図であり、図２はそのＡ−Ａ断面図である。
【００１０】このジョセフソン発振器は、ジョセフソン
接合１、２と、このジョセフソン接合１、２に直流電圧
を印加するバイアス回路としてバイアス線４、５とを備
える。ここで本実施例の特徴とするところは、ジョセフ
ソン接合が２個設けられ、この２個のジョセフソン接合
１、２を実質的に等間隔の直列に接続してリング共振器
を構成する超伝導薄膜からなるストリップ線路３を備
え、バイアス線４、５はリング共振器に沿って隣接する
ジョセフソン接合１、２どうしに互いに逆向きの実質的
に等しい直流電圧が印加されるようにストリップ線路３
に接続されたことにある。
接合１、２と、このジョセフソン接合１、２に直流電圧
を印加するバイアス回路としてバイアス線４、５とを備
える。ここで本実施例の特徴とするところは、ジョセフ
ソン接合が２個設けられ、この２個のジョセフソン接合
１、２を実質的に等間隔の直列に接続してリング共振器
を構成する超伝導薄膜からなるストリップ線路３を備
え、バイアス線４、５はリング共振器に沿って隣接する
ジョセフソン接合１、２どうしに互いに逆向きの実質的
に等しい直流電圧が印加されるようにストリップ線路３
に接続されたことにある。
【００１１】このジョセフソン発振器を製造するには、
低誘電損材料の基板７の上に薄膜のグランドプレーン８
を形成し、その上に特性インピーダンスで決定される厚
みを有する誘電体層９を形成し、さらにその上に超伝導
体からなるストリップ線路３をリング状に形成する。こ
のとき、ストリップ線路３にジョセフソン接合１、２を
形成する。さらに、これらのジョセフソン接合１、２に
バイアスを印加するためのバイアス線４、５と、発振出
力を外部に取り出すためのストリップ線路によるカプラ
６とを設ける。
低誘電損材料の基板７の上に薄膜のグランドプレーン８
を形成し、その上に特性インピーダンスで決定される厚
みを有する誘電体層９を形成し、さらにその上に超伝導
体からなるストリップ線路３をリング状に形成する。こ
のとき、ストリップ線路３にジョセフソン接合１、２を
形成する。さらに、これらのジョセフソン接合１、２に
バイアスを印加するためのバイアス線４、５と、発振出
力を外部に取り出すためのストリップ線路によるカプラ
６とを設ける。
【００１２】ジョセフソン接合１、２としては、二つの
超伝導体がわずかに接触した弱結合型、あるいは二つの
超伝導体の間に薄い（〜５０Å）絶縁層を設けたトンネ
ル型その他の構造を用いることができる。基板７として
は、例えばサファイアを用いる。グランドプレーン８は
ストリップ線路に対して接地電位となる面であり、超伝
導薄膜を用いることが望ましい。誘電体層９としては、
例えばＳｉＯ2 を用いる。
超伝導体がわずかに接触した弱結合型、あるいは二つの
超伝導体の間に薄い（〜５０Å）絶縁層を設けたトンネ
ル型その他の構造を用いることができる。基板７として
は、例えばサファイアを用いる。グランドプレーン８は
ストリップ線路に対して接地電位となる面であり、超伝
導薄膜を用いることが望ましい。誘電体層９としては、
例えばＳｉＯ2 を用いる。
【００１３】通常のマイクロ波回路で用いられる特性イ
ンピーダンスは５０Ωであり、ストリップ線路３からな
るリング共振器の特性インピーダンスも約５０Ωである
ことが望ましい。このためには、上述したように、誘電
体層９の誘電率および厚みを選択すればよい。
ンピーダンスは５０Ωであり、ストリップ線路３からな
るリング共振器の特性インピーダンスも約５０Ωである
ことが望ましい。このためには、上述したように、誘電
体層９の誘電率および厚みを選択すればよい。
【００１４】リング共振器の共振周波数ｆ0 は、共振器
長すなわち円周をＬ、誘電体層９の比誘電率をεr とし
て、次の式で表される。ただし、ｃは光速である。
長すなわち円周をＬ、誘電体層９の比誘電率をεr とし
て、次の式で表される。ただし、ｃは光速である。
【００１５】
【数３】 したがって、バイアス線４、５間には、共振周波数ｆ0
と等しい交流電流がジョセフソン接合１、２に流れるよ
うな電圧Ｖ0 を印加すればよい。このような電圧Ｖ
0 は、数２および数３にそれぞれ示した式から次のよう
に求められる。
と等しい交流電流がジョセフソン接合１、２に流れるよ
うな電圧Ｖ0 を印加すればよい。このような電圧Ｖ
0 は、数２および数３にそれぞれ示した式から次のよう
に求められる。
【００１６】
【数４】 二つのジョセフソン接合１、２に同一バイアス電圧Ｖ0
が加えられるので、発振周波数もｆ0 で同一であり、し
かも２個の発振源が直列になっていることから、発振出
力も２倍になる。この発振出力は、カプラ６を通じて外
部に取り出すことができる。
が加えられるので、発振周波数もｆ0 で同一であり、し
かも２個の発振源が直列になっていることから、発振出
力も２倍になる。この発振出力は、カプラ６を通じて外
部に取り出すことができる。
【００１７】具体的な数値例として、共振周波数ｆ0 ＝
１０ＧＨｚの発振器を得ようとする場合について説明す
る。このとき、誘電体層９としてＳｉＯ2 （εr ＝３）
を用いるとして、これらの値を数３の式に代入すると、 Ｌ＝１．７〔ｃｍ〕 が得られる。したがって、リング共振器の半径ｒは、 ｒ＝Ｌ／２π＝２．８〔ｍｍ〕 とすればよい。ジョセフソン接合に印加するバイアス電
圧は、数４の式から、 Ｖ0 ＝２１〔μＶ〕 となる。
１０ＧＨｚの発振器を得ようとする場合について説明す
る。このとき、誘電体層９としてＳｉＯ2 （εr ＝３）
を用いるとして、これらの値を数３の式に代入すると、 Ｌ＝１．７〔ｃｍ〕 が得られる。したがって、リング共振器の半径ｒは、 ｒ＝Ｌ／２π＝２．８〔ｍｍ〕 とすればよい。ジョセフソン接合に印加するバイアス電
圧は、数４の式から、 Ｖ0 ＝２１〔μＶ〕 となる。
【００１８】以上の実施例では交流ジョセフソン効果を
利用した発振器について説明したが、接合面積の大きい
ジョセフソン接合を用い、接合内の磁束の動きを利用す
るフラックス・フロー型の発振器の場合にも本発明を同
様に実施できる。また、上述した実施例のように交流ジ
ョセフソン効果を利用する場合でも、偶数個のジョセフ
ソン接合における発振が同期しないような場合には、非
対照な磁界を印加して同期させることができる。
利用した発振器について説明したが、接合面積の大きい
ジョセフソン接合を用い、接合内の磁束の動きを利用す
るフラックス・フロー型の発振器の場合にも本発明を同
様に実施できる。また、上述した実施例のように交流ジ
ョセフソン効果を利用する場合でも、偶数個のジョセフ
ソン接合における発振が同期しないような場合には、非
対照な磁界を印加して同期させることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のジョセフ
ソン発振器は、選択された特性インピーダンスをもつ共
振器内にジョセフソン接合を形成するので、外部回路と
の間でインピーダンスを整合させることができる。ま
た、共振器が高いＱ値を有する超伝導共振器であるた
め、発振周波数の線幅は極めて狭く、かつ多少のバイア
ス電圧の変動に対しても周波数のゆらぎを小さくするこ
とができる。さらに、出力がジョセフソン接合の数に比
例するので、発振出力を従来より大きくすることができ
る。
ソン発振器は、選択された特性インピーダンスをもつ共
振器内にジョセフソン接合を形成するので、外部回路と
の間でインピーダンスを整合させることができる。ま
た、共振器が高いＱ値を有する超伝導共振器であるた
め、発振周波数の線幅は極めて狭く、かつ多少のバイア
ス電圧の変動に対しても周波数のゆらぎを小さくするこ
とができる。さらに、出力がジョセフソン接合の数に比
例するので、発振出力を従来より大きくすることができ
る。
【図１】本発明実施例のジョセフソン共振器を示す平面
図。
図。
【図２】Ａ−Ａ断面図。
１、２ ジョセフソン接合 ３ ストリップ線路 ４、５ バイアス線 ６ カプラ ７ 基板 ８ グランドプレーン ９ 誘電体層
Claims (3)
- 【請求項１】 ジョセフソン接合と、 このジョセフソン接合に直流電圧を印加するバイアス回
路とを備えたジョセフソン発振器において、 上記ジョセフソン接合が偶数個設けられ、 この偶数個のジョセフソン接合を実質的に等間隔の直列
に接続してリング共振器を構成する超伝導薄膜からなる
ストリップ線路を備え、 上記バイアス回路は上記リング共振器に沿って隣接する
ジョセフソン接合どうしに互いに逆向きの実質的に等し
い直流電圧が印加されるように上記ストリップ線路に接
続されたことを特徴とするジョセフソン発振器。 - 【請求項２】 上記リング共振器の特性インピーダンス
は約５０Ωである請求項１記載のジョセフソン発振器。 - 【請求項３】 請求項１または２記載のジョセフソン発
振器を動作させる方法において、 上記バイアス回路には、各ジョセフソン接合を流れる交
流電流の周波数が上記リング共振器の共振周波数に等し
くなる電圧を印加することを特徴とするジョセフソン発
振器の動作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5011688A JPH06224638A (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | ジョセフソン発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5011688A JPH06224638A (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | ジョセフソン発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224638A true JPH06224638A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=11784971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5011688A Pending JPH06224638A (ja) | 1993-01-27 | 1993-01-27 | ジョセフソン発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06224638A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0744827A1 (en) * | 1995-05-25 | 1996-11-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | High frequency system including a superconductive device |
| KR20040006952A (ko) * | 2002-07-16 | 2004-01-24 | 박익모 | 소형 주파수가변 마이크로파 밴드갭 구조를 갖는마이크로스트립링 |
| US7253701B2 (en) * | 2004-11-30 | 2007-08-07 | Northrop Grumman Corporation | Multiplexed amplifier |
-
1993
- 1993-01-27 JP JP5011688A patent/JPH06224638A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0744827A1 (en) * | 1995-05-25 | 1996-11-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | High frequency system including a superconductive device |
| US5757243A (en) * | 1995-05-25 | 1998-05-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | High frequency system including a superconductive device and temperature controlling apparatus |
| KR20040006952A (ko) * | 2002-07-16 | 2004-01-24 | 박익모 | 소형 주파수가변 마이크로파 밴드갭 구조를 갖는마이크로스트립링 |
| US7253701B2 (en) * | 2004-11-30 | 2007-08-07 | Northrop Grumman Corporation | Multiplexed amplifier |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |