Прогресс в области астрофизических приборов недавно ввели сверхпроводящие СВЧ - резонаторы для обнаружения инфракрасного света 1 -. 4 Сверхпроводящий резонатор реагирует на инфракрасное излучение с энергией Е = Нч> 2Δ (где Н постоянная Планка, V частота излучения и Δ является энергетическая щель сверхпроводящий). Когда резонатор охлаждают до температуры значительно ниже критической температуры сверхпроводник, это падающее излучение разрушает куперовских пар в объеме резонатора и генерирует квазичастичные возбуждения. Увеличение плотности квази- частичных возбуждений изменяет кинетическую индуктивность, и, таким образом, комплексное поверхностное сопротивление сверхпроводника. Этот оптический отклик наблюдается как сдвиг в резонансной частоте к более низкой частоте и снижение добротности резонатора. В канонической схеме считыванием для микроволновой коровьимкрестики детектор индуктивности (MKID), резонатор соединен с СВЧ-фидера и один контролирует комплексную передачу данных через этот фидером на одной частоте СВЧ-сигнала на резонанс. При этом оптический отклик наблюдается как изменение как амплитуды , так и фазы передачи 5 (рисунок 1). Схемы мультиплексирования в частотной области способны считывать массивы тысяч резонаторами. 6-7
Для того, чтобы успешно разработать и осуществить приборы сверхпроводящего резонатора на основе свойства этих резонансных структур должны быть охарактеризована точно и эффективно. Например, прецизионные измерения свойств шума, показатели качества Q, резонансные частоты ( в том числе их температурной зависимости) и оптические свойства отклика сверхпроводящих резонаторов желательно в контексте физики устройства MKID, 8 квантовые вычисления, 9 и определения низко- т.еmperature свойств материалов. 10
Во всех этих случаях, измерение комплексных параметров рассеяния передачи цепи в желателен. Эта работа концентрируется на определении комплексного коэффициента передачи резонатора, S 21, амплитуда и фаза может быть измерена с помощью векторного анализатора сети (ВНА). В идеале, ВНА плоскость отсчета (или тестовый порт) будет подключен непосредственно к испытуемому устройству (ИУ), но криогенная установка обычно требует использования дополнительных линий электропередачи структур для реализации тепловой разрыв между РТ (~ 300 К) и холодный этап (~ 0,3 К в этой работе, см рис Юр 2). Дополнительные компоненты, такие как микроволновые направленных ответвителей, циркуляторы, изоляторы, усилители, аттенюаторы и связанных с ними соединительных кабелей могут быть необходимы для надлежащего подготовки, возбуждают, считывать и смещения устройства интереса.Фазовые скорости и размеры этих компонентов изменяется при понижении температуры от комнатной до криогенных температур, и, следовательно, они влияют на наблюдаемый отклик на калибровочном устройстве плоскости. Эти промежуточные компоненты , расположенные между прибором и влиянием устройства калибровки плоскости комплексного коэффициента усиления и должны быть надлежащим образом учтены в интерпретации измеренного ответа. 11
Теоретически, схема необходима, которая устанавливает измерения базовой плоскости, идентичной той, используемой в процессе калибровки, в ИУ. Для достижения этой цели, можно было бы измерить стандарты калибровки на нескольких прохладных переносов; Однако, это ставит ограничения на стабильность ВНА и воспроизводимости криогенной инструмента, которые трудно достичь. Для смягчения этих проблем можно было бы разместить необходимые стандарты в охлажденном тестовой среде и переключаться между ними. Это, например, аналогично тому, что находится в СВЧ-зондовых станций, Где образец и калибровки стандарты охлаждают до 4 К непрерывным потоком жидкости гелия или систему замкнутого цикла охлаждения. 12 Этот метод был продемонстрирован при температурах к югу от Кельвина , но требует с низким энергопотреблением, высокой производительности СВЧ - переключатель в тест группа интересов. 13
Процедура калибровки на месте Поэтому желательно на долю которого приходится инструментальной реакции передачи между опорной плоскостью ВНА и калибровочного устройства плоскости (рис Юр 2) и которая преодолевает ограничения методов , описанных выше. Этот криогенный метод калибровки, представлены и подробно обсуждаются в Катальдо и др. 11, позволяет охарактеризовать несколько резонаторы в диапазоне частот шириной по сравнению с шириной резонатора линии и расстоянием между ними резонатора с точностью ~ 1%. В данной статье основное внимание будет уделено деталям изготовления образца и прептовка процессы, экспериментальные испытательной установки и измерительных процедур , используемых для характеристики сверхпроводящего СВЧ - резонаторы с плоскими линейными геометрий. 11