Apparatus and method for adjusting operating point of squid
专利汇可以提供Apparatus and method for adjusting operating point of squid专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for adjusting a bias voltage of a SQUID (superconducting quantum interference device) which can automatically and appropriately adjust a bias current in a short time.
SOLUTION: A 50 kHz sine wave current with an adjustable magnetic field bias applied by a magnetic field bias source 17 is sent to a coil 12, thereby generating a magnetic field to a SQUID 10. In this state, an output voltage is extracted from the SQUID 10. An amplitude of the magnetic field of the extracted output voltage is half a cycle of a magnetic field-voltage characteristic. The voltage is filtered by a filter 14 and only a 50 kHz component is extracted. The extracted signal component is rectified by a rectifier 15 and converted to a d.c. voltage. The magnetic field bias source 17 is adjusted to obtain a maximum value while seen through a voltage monitor 16.
COPYRIGHT: (C)2000,JPO，下面是Apparatus and method for adjusting operating point of squid专利的具体信息内容。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は超電導量子干渉素子(Superconducting Quantum Interference Device、以下ＳＱＵＩＤと省略する)の動作点を調整する装置およびその方法に関し、特に、自動調整化が可能な、ＳＱＵ
ＩＤの動作点調整装置およびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来の磁束ロックループ（以下、
ＦＬＬと略す）を有する非変調型のＳＱＵＩＤの制御回路を示す回路図である。 図６を参照して、従来のＳＱＵ
ＩＤ用ＦＬＬ回路は、所定の個所に２つのジョセフソン接合が形成されたＳＱＵＩＤ８１と、ＳＱＵＩＤ８１に定電流を提供する定電流源８５とを含む。 ＳＱＵＩＤ８
１には図示のないピックアップコイルから測定対象の磁束が入力される。 ＳＱＵＩＤ８１は、その両端からの出力電圧はプリアンプ８３で増幅され、積分器８４を経て出力電圧に出力される。 出力電圧は、ＳＱＵＩＤ８１に隣接した磁場印加用コイル８２にフィードバックをかけるために用いられる。 これによってＳＱＵＩＤ８１で検出した外部磁束が打消される。
【０００３】ＳＱＵＩＤ８１からの出力は出力とは別に設けられたオシロスコープ９０へ送られてその波形が観察される。 具体的には、フィードバック信号の一部がオシロスコープ９０のＸ軸に入力され、プリアンプ８３からの出力がオシロスコープ９０のＹ軸に入力される。
【０００４】上記のような非変調型のＳＱＵＩＤの制御回路の初期設定時においては、オシロスコープ９０の波形を見ながら、磁場バイアス電流が最適値になるよう調整する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のＳＱＵＩＤの制御回路の動作点調整は上記のように行なわれていた。 所定のバイアス電流Ｉｂが流れている状態で、オシロスコープ９０を見ながら出力信号の波形の振幅が最大になるよう磁場印加用コイル８２に印加される磁場バイアス電流を調整する必要があるため、使用前の調整に非常に時間がかかるという問題点があった。 また、手動で調整する必要があったため、ＳＱＵＩＤの自動調整ができないという問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、非変調型ＳＱＵＩＤ
の調整の精度が向上するとともに、自動調整化が可能になる、ＳＱＵＩＤの動作点調整装置およびその方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明にかかるＳＱＵ
ＩＤの動作点調整装置はＳＱＵＩＤと、ＳＱＵＩＤに対して所定のバイアス電流を流す手段と、ＳＱＵＩＤに対して磁場を印加するためのコイルとを含む。 コイルには第１の周波数の交流電流と調整可能な直流電流とが印加される。 ＳＱＵＩＤの動作点調整装置はさらに、ＳＱＵ
ＩＤにバイアス電流を流した状態で磁場−電圧特性の半周期分を取出す手段と、取り出した磁場−電圧特性信号から前記第１の周波数の成分のみを通過させるフィルタと、フィルタを通過した信号成分をモニタする手段とを含む。
【０００７】好ましくは、フィルタを通過した信号成分が最大になるよう、コイルに印加される直流電流を調整する手段をさらに含む。 この時ＳＱＵＩＤの磁場感度が最大となるためである。
【０００８】この発明の他の局面によれば、ＳＱＵＩＤ
の動作点調整方法は、ＳＱＵＩＤに対して所定のバイアス電流を流すステップと、ＳＱＵＩＤに対してコイルを用いて磁場を印加するステップとを含む。 コイルには第１の周波数の交流電圧と調整可能な直流電圧とが印加され、ＳＱＵＩＤにバイアス電流を流した状態で磁場−電圧特性の半周期分を取出すステップと、取り出した磁場−電圧特性信号から第１の周波数の成分のみを取り出すステップと、フィルタを通過した信号成分をモニタするステップとを含む。
【０００９】バイアス電流を流した状態でＳＱＵＩＤに磁場を発生させ、その磁場の変化に対応する出力に基づいて磁場バイアス電流の最適値を求めるため、容易に磁場バイアス電流の最適値を求めることができる。 また、
バイアス電流の調整の精度は向上する。 さらに、磁場バイアス電流の最適値を求めることができるため、ＳＱＵ
ＩＤの動作点調整方法を自動化することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 図１はこの発明に係るＳＱＵＩＤ
のバイアス電流調整装置の全体構成を示すブロック図である。 図１を参照して、バイアス電流調整装置１は、Ｓ
ＱＵＩＤ１０と、ＳＱＵＩＤ１０にバイアス電流を印加するバイアス電流供給回路１１と、ＳＱＵＩＤ１０に対して周波数ｆの交流磁場および直流磁場を与えるコイル１２と、ＳＱＵＩＤ１０の両端からの電圧を取出して増幅する電圧増幅器１３と、増幅された電圧から所定の周波数成分のみを通過させるフィルタ１４と、所定の周波数成分ｆの信号を整流する整流器１５と、整流された電圧をモニタする電圧モニタ１６とを含む。 コイル１２には周波数ｆの交流を印可する交流電源３１と、交流電源３１に磁場バイアスを加えるための磁場バイアス電源１
７が接続されている。 なお、実際のＳＱＵＩＤを用いた装置においては、電圧増幅器１３の出力が積分器３０に接続されてフィードバックループが形成されて磁場の測定が行われるが、ここでは実際の測定系については省略して、初期の調整についてのみ説明する。
【００１１】図２は発生させた磁場による磁場−電圧特性を示すグラフである。 （Ａ）は発生した磁場の状態を示し、（Ｂ）はその中からＢで示す所望の半周期分を取出した状態を示す図である。 （Ｃ）は取り出した半周期の信号の最も傾きの大きいが座標のゼロ点を通るように磁場バイアスを調整した状態を示す図である。
【００１２】次にこのバイアス電流の調整方法について説明する。 図３は図２（Ｂ）で示した半周期分の磁場−
電圧特性を示す図であり、（Ｂ）はその信号に基づく磁場の時間による変動を示す図であり、（Ｃ）は電圧の時間変動を示す図である。
【００１３】磁場振幅のうち半周期を取出した状態を示す図３（Ａ）において、Ｂで示す半周期が取出されたものとする。 ここで、半周期Ｂは任意の状態から取出されたものであるため、その半周期分の中の最大傾斜部分が必ずしも座標のゼロ点を通っていない。 これに対し、半周期分の中の最大傾斜部分座標がゼロ点を通っている波形をＡで示す。
【００１４】この取出した半周期ＡおよびＢにおいてで示す状態からで示す状態へ電圧が変化し次いで矢印に沿ってに示す状態に戻る。 これが繰返されている。
この状態から磁場の時間的変動を示した図が（Ｂ）である。 （Ｂ）に示すように、〜において１周期の磁場変動が生じており、この周期はコイル１２に交流電源３
１から流した正弦波電流の周期ｆ、たとえば、ｆ＝１ｋ
Ｈｚに等しい。
【００１５】（Ａ）、（Ｂ）をもとに電圧の時間的変化を表したのが（Ｃ）の図である。 （Ｃ）において、半周期Ａ，Ｂの時間的変化は図中Ａ，Ｂで表わされる。 Ｂの周波数ｆ１は印加された正弦波電流の周波数ｆとその２
倍の周波数２ｆとが混じっているが、Ａの周波数ｆ１は印加された正弦波電流の周波数ｆに等しい。 なお、この波形は第１図のＣ点での波形である。 すなわち、半周期分の中の最大傾斜部分座標がゼロ点を通るように調整するには、出力周波数をｆのみになるように調整すればよい。
【００１６】そこで、本願発明では、任意に取り出した、ｆと２ｆの２つの周波数の混じった周波数成分を有するＢの信号から、ｆの周波数成分のみをフィルタ１４
で取りだし、その成分が最大になるように調整する。 具体的には、フィルタ１４を通過した波形を整流器１５で整流すると、その高周波成分が除去されて直流成分のみとなり、図３（Ｄ）で示す波形となる。 この直流成分、
すなわち出力電圧Ｖが最大になるように電圧モニタ１６
を見ながらバイアス電流供給回路１１を手動で調整する。 このように、磁場−電圧変化の最大傾斜部分を０点とすることにより、磁場の変動に対する電圧変化量が最大となり、ＳＱＵＩＤの磁場感度を最大化することが可能となる。
【００１７】次にこの実施の形態の変形例について説明する。 図４はこの発明の変形例にかかるＳＱＵＩＤのバイアス電流調整装置を示すブロック図である。 図４を参照して、基本的に図１に示したＳＱＵＩＤのバイアス電流調整装置と同様である。 異なる点は、整流器１５からの出力をＡ／Ｄコンバータ２１でデジタル信号に変換してパソコン２２で自動的に出力電圧Ｖが最大になるように磁場バイアス供給回路１７にフィードバックをかけ、
最適の磁場バイアス電圧を供給すようにしている点である。 なお、この場合はパソコン２２にモニタ２３が設けられている。
【００１８】この変形例においては、パソコン２２で自動的に磁場バイアスが調整できる。 次にこの発明のさらなる変形例について説明する。 図５はこの発明のさらなる変形例にかかるＳＱＵＩＤのバイアス電流調整装置を示すブロック図である。 図５を参照して、基本的に図１
に示したＳＱＵＩＤのバイアス電流調整装置と同様である。 異なる点は、磁場バイアス供給回路１７が電源回路２４と電圧保持回路２５とから構成される点と、整流器１５からの出力を微分回路２６、符号反転検出回路２７
を経て電圧保持回路２５にフィードバックしている点である。
【００１９】すなわち、電源回路２４でＥ（ｔ）＝Ｅ０
ｔの電圧信号を加える。 この信号は時間経過とともに電圧が上昇する波形を有する。 この電圧が周波数ｆの交流電圧に重畳されてＳＱＵＩＤ１０に加えられる。 磁場バイアス電圧が増加するにしたがい、整流器１５からの電圧は上昇し、最適点でピークとなり、以後減少する。 すなわち変化量は正から負へ変化する。 整流器１５の電圧を微分回路２６を通し符号が負（電圧が減少）になれば、電圧保持回路２５にトリガ信号を出力し、その時点の電圧値を保持する。
【００２０】この変形例の場合は先の実施の形態と異なり、アナログ信号のままで自動的にバイアス電流を設定できる。
【００２１】今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。 本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図１】この発明に係るＳＱＵＩＤの動作点調整装置の要部を示すブロック図である。
【図２】磁場−電圧特性を示すグラフである。
【図３】この発明に係るＳＱＵＩＤの動作点調整方法を説明するための図である。
【図４】この発明の変形例に係るＳＱＵＩＤの動作点調整装置の要部を示すブロック図である。
【図５】この発明のさらなる変形例に係るＳＱＵＩＤの動作点調整装置の要部を示すブロック図である。
【図６】従来のＳＱＵＩＤの動作点調整方法を説明するための図である。
１０ ＳＱＵＩＤ １１ バイアス電流供給回路 １２ コイル １３ 電圧増幅器 １４ フィルタ １５ 整流器 １６ 電源モニタ ２１ Ａ／Ｄコンバータ ２２ パソコン ２３ モニタ ２４ 電源回路 ２５ 電圧保持回路 ２６ 微分回路 ２７ 符号反転検出回路
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