Vooruitgang in astrofysische instrumenten hebben onlangs supergeleidende magnetron resonatoren voor de detectie van infrarood licht 1 -. 4 een supergeleidende resonator reageert infraroodstraling energie E = hv> 2Δ (waarbij h de constante van Planck, v is de stralingsfrequentie en Δ is de supergeleidende bandkloof-energie). Wanneer de resonator wordt afgekoeld tot een temperatuur ruim onder de kritische temperatuur supergeleider Dit invallende straling breekt Cooper-paren in de resonator volume genereert quasiparticle excitaties. De toename van de dichtheid van quasiparticle excitaties verandert de kinetische inductie, en dus de complexe impedantie oppervlak van de supergeleider. Deze optische respons wordt waargenomen als een verschuiving van de resonantiefrequentie van lagere frequentie en een vermindering van de kwaliteitsfactor van de resonator. In de canonieke uitlezen regeling voor een magnetron kinetic inductantie detector (MKID), de resonator is gekoppeld met een magnetron en een toevoerlijn bewaakt de complexe transmissie via dit voedingslijn op een microgolffrequentie toon op resonantie. Hier wordt de optische respons waargenomen als een verandering in zowel de amplitude en fase van de transmissie 5 (figuur 1). Frequentiedomein multiplexen regelingen kunnen uitlezen arrays duizenden resonatoren. 6-7
Te ontwerpen en te implementeren supergeleidende-resonator-gebaseerde instrumentatie, de eigenschappen van deze resonante structuren moeten nauwkeurig en efficiënt worden gekarakteriseerd. Bijvoorbeeld nauwkeurige metingen van de ruis eigenschappen, kwaliteit factoren Q, resonantiefrequenties (inclusief temperatuursafhankelijkheid) en optische responseigenschappen van supergeleidende resonatoren gewenst in het kader van MKID device fysica, quantum computing 8, 9 en de bepaling van laag- temperature materiaaleigenschappen. 10
In al deze gevallen wordt de meting van complex transmissie verstrooiingsparameters het circuit gewenst. Dit werk richt zich op de bepaling van de resonator complexe transmissiecoëfficiënt, S 21, waarvan de amplitude en fase kan worden gemeten met een vector netwerk analyzer (VNA). Idealiter zou de VNA referentievlak (of meetopening) rechtstreeks verbonden met de inrichting onder test (DUT), maar een cryogene instelling vereist gewoonlijk het gebruik van aanvullende transmissielijn structuren onderbroken koudebrug tussen kamertemperatuur (~ 300 K) te realiseren en de koude fase (~ 0,3 K in dit werk, zie figuur ure 2). Aanvullende magnetron onderdelen zoals richtingkoppelstukken, circulatiepompen, isolatoren, versterkers, verzwakkers en bijbehorende verbindingskabels nodig zijn om adequaat te bereiden, wek, uitgelezen en vertekening van de inrichting plaats. Defase snelheden en de afmetingen van deze componenten variëren bij het koelen van kamer tot cryogene temperaturen, en daarom zijn ze van invloed op de waargenomen respons op het apparaat kalibratie vliegtuig. Deze tussenliggende componenten tussen het instrument en het apparaat kalibreren vliegtuig invloed van het complex te krijgen en moeten op de juiste wijze verwerkt in de interpretatie van de gemeten respons. 11
In theorie, is een regeling nodig die de meting referentievlak, identiek aan die toegepast bij het kalibreren op de DUT wordt. Om dit doel te bereiken, kan men de kalibratie normen over meerdere cool-downs te meten; echter, deze stelt beperkingen aan de stabiliteit van de VNA en de herhaalbaarheid van het cryogene instrument, die moeilijk te bereiken zijn. Om deze bezwaren te beperken, kan men de nodige normen in de gekoelde testomgeving te plaatsen en te schakelen tussen hen. Dit is bijvoorbeeld vergelijkbaar met wat wordt gevonden in magnetron probe stations, Waarbij het monster en kalibratiestandaarden gekoeld tot 4 K een continue vloeibare helium stroom of een gesloten cyclus koelsysteem. 12 Deze methode werd aangetoond bij sub-kelvin temperaturen maar vereist minder energie verbruikt, krachtige microgolf schakelaar in de -test band van belang. 13
Een in-situ kalibratieprocedure is derhalve gewenst dat goed is voor de instrumentele transmissie reactie tussen de VNA referentievlak en de inregeling van het vlak (fig ure 2) en die de beperkingen van de hierboven beschreven werkwijzen overwint. Deze cryogene kalibratiemethode, gepresenteerd en besproken in Cataldo et al. 11, maakt het mogelijk om meerdere resonatoren kenmerken over een breed frequentiegebied in vergelijking met de breedte resonator lijn en onderlinge afstand resonator met een nauwkeurigheid van ~ 1%. Dit artikel zal zich richten op de details van het monster fabricage en prepPreparation processen, experimentele test set-up en meetprocedures gebruikt om supergeleidende magnetron resonatoren karakteriseren met vlakke lijn geometrieën. 11