JPH07318623A - Ｓｑｕｉｄ磁束計 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄ磁束計Info
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- JPH07318623A JPH07318623A JP6133936A JP13393694A JPH07318623A JP H07318623 A JPH07318623 A JP H07318623A JP 6133936 A JP6133936 A JP 6133936A JP 13393694 A JP13393694 A JP 13393694A JP H07318623 A JPH07318623 A JP H07318623A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大きなインダクタンスを持つＳＱＵＩＤにＡ
ＰＦ回路を用いてもＳＱＵＩＤの電圧出力の低下を防止
することができるＳＱＵＩＤ磁束計を提供する。 【構成】 相互インダクタンスＭa によりＳＱＵＩＤ２
に正帰還を付与する正帰還コイルＬa を含むＡＰＦ回路
３をＳＱＵＩＤ２に対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束
計であって、ＡＰＦ回路３は、正帰還コイルＬa に対し
並列に接続されたダンピング抵抗Ｒad、又はコンデンサ
Ｃa 、あるいは抵抗及びコンデンサを備える。
ＰＦ回路を用いてもＳＱＵＩＤの電圧出力の低下を防止
することができるＳＱＵＩＤ磁束計を提供する。 【構成】 相互インダクタンスＭa によりＳＱＵＩＤ２
に正帰還を付与する正帰還コイルＬa を含むＡＰＦ回路
３をＳＱＵＩＤ２に対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束
計であって、ＡＰＦ回路３は、正帰還コイルＬa に対し
並列に接続されたダンピング抵抗Ｒad、又はコンデンサ
Ｃa 、あるいは抵抗及びコンデンサを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＱＵＩＤ（Supercon
ducting Quantum Interference Device ：超伝導量子干
渉デバイス）を使用して磁場を計測するＳＱＵＩＤ磁束
計に係わり、さらに詳しくは、相互インダクタンスによ
り正帰還を与える回路（ AdditionalPositive Feedback
回路。以下、「ＡＰＦ回路」という。）を用いたＳＱ
ＵＩＤ磁束計に関する。ここに、ＳＱＵＩＤとは、液体
ヘリウムや液体窒素等により断熱容器（クライオスタッ
ト等）内で低温状態に維持され、ループ内にジョセフソ
ン接合を含む超伝導ループであるＳＱＵＩＤループに直
流電流をバイアス電流として印加して駆動し、このＳＱ
ＵＩＤループ内に、ピックアップコイルや入力コイル等
を介して外部からの磁束を結合して印加すると、ＳＱＵ
ＩＤループに周回電流が誘起され、ループ内のジョセフ
ソン接合における量子的な干渉効果により、印加された
外部磁束の微弱な変化を出力電圧の大きな変化に変換す
るトランスデューサとして動作することを利用して、微
小磁束変化を測定する素子である。
ducting Quantum Interference Device ：超伝導量子干
渉デバイス）を使用して磁場を計測するＳＱＵＩＤ磁束
計に係わり、さらに詳しくは、相互インダクタンスによ
り正帰還を与える回路（ AdditionalPositive Feedback
回路。以下、「ＡＰＦ回路」という。）を用いたＳＱ
ＵＩＤ磁束計に関する。ここに、ＳＱＵＩＤとは、液体
ヘリウムや液体窒素等により断熱容器（クライオスタッ
ト等）内で低温状態に維持され、ループ内にジョセフソ
ン接合を含む超伝導ループであるＳＱＵＩＤループに直
流電流をバイアス電流として印加して駆動し、このＳＱ
ＵＩＤループ内に、ピックアップコイルや入力コイル等
を介して外部からの磁束を結合して印加すると、ＳＱＵ
ＩＤループに周回電流が誘起され、ループ内のジョセフ
ソン接合における量子的な干渉効果により、印加された
外部磁束の微弱な変化を出力電圧の大きな変化に変換す
るトランスデューサとして動作することを利用して、微
小磁束変化を測定する素子である。
【０００２】
【従来の技術】従来、２個のジョセフソン接合を含むｄ
ｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計としては、低温環境（冷却系）を
維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯めておく
断熱格納容器であるデュワー（又はクライオスタット）
と、液体ヘリウム中で動作するＳＱＵＩＤプローブと、
室温で動作するアンプ（増幅器）及びコントローラを備
えて構成され、液体ヘリウム中のＳＱＵＩＤプローブと
室温のアンプとは同軸ケーブルもしくはツイストケーブ
ル等で接続されて構成されたものが知られている。この
ようなＳＱＵＩＤ磁束計は磁束分解能が１０-5φo ／Ｈ
ｚ1/2 （左式においてφo は磁束量子を示す）と、非常
に高感度であり、また、ＳＱＵＩＤの応答は非常に早
く、数GHz （ギガヘルツ）ないし数１０GHz で動作する
のが特徴である。最近、ＳＱＵＩＤにＡＰＦ回路を付加
し、磁場測定感度（磁束−電圧変換率）を向上させる技
術により、簡単な駆動回路（Direct Offset Integrated
Technique：ＤＯＩＴ方式無変調回路）で低雑音の磁束
計が実現可能となった。このＡＰＦ回路は、生体磁気計
測のように多チャンネルセンサの必要なＳＱＵＩＤ磁束
計には有効である（D.Drung et al,"Low-noise high-sp
eed dc superconducting quantum interference device
magnetometer with simplified feedback electronic
s.", Appl.Phys.Lett.57(4),23 July 1990 ）。一方、
ＳＱＵＩＤインダクタンスの大きいものほど、ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の磁場感度が良いことが一般的に知られている
（原宏編著「量子電磁気計測」電子情報通信学会）。そ
こで、インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤに対してＡＰ
Ｆ回路を使用すれば、磁場感度に優れたＳＱＵＩＤ磁束
計が実現できる、と考えられる。
ｃ−ＳＱＵＩＤ磁束計としては、低温環境（冷却系）を
維持するための冷却剤である液体ヘリウムを貯めておく
断熱格納容器であるデュワー（又はクライオスタット）
と、液体ヘリウム中で動作するＳＱＵＩＤプローブと、
室温で動作するアンプ（増幅器）及びコントローラを備
えて構成され、液体ヘリウム中のＳＱＵＩＤプローブと
室温のアンプとは同軸ケーブルもしくはツイストケーブ
ル等で接続されて構成されたものが知られている。この
ようなＳＱＵＩＤ磁束計は磁束分解能が１０-5φo ／Ｈ
ｚ1/2 （左式においてφo は磁束量子を示す）と、非常
に高感度であり、また、ＳＱＵＩＤの応答は非常に早
く、数GHz （ギガヘルツ）ないし数１０GHz で動作する
のが特徴である。最近、ＳＱＵＩＤにＡＰＦ回路を付加
し、磁場測定感度（磁束−電圧変換率）を向上させる技
術により、簡単な駆動回路（Direct Offset Integrated
Technique：ＤＯＩＴ方式無変調回路）で低雑音の磁束
計が実現可能となった。このＡＰＦ回路は、生体磁気計
測のように多チャンネルセンサの必要なＳＱＵＩＤ磁束
計には有効である（D.Drung et al,"Low-noise high-sp
eed dc superconducting quantum interference device
magnetometer with simplified feedback electronic
s.", Appl.Phys.Lett.57(4),23 July 1990 ）。一方、
ＳＱＵＩＤインダクタンスの大きいものほど、ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の磁場感度が良いことが一般的に知られている
（原宏編著「量子電磁気計測」電子情報通信学会）。そ
こで、インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤに対してＡＰ
Ｆ回路を使用すれば、磁場感度に優れたＳＱＵＩＤ磁束
計が実現できる、と考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この点を検討するた
め、図７に示すようなＳＱＵＩＤ磁束計を考える。この
ＳＱＵＩＤ磁束計１１は、ＳＱＵＩＤ１２に対し並列に
ＡＰＦ回路１３が接続されており、ＡＰＦ回路１３は、
抵抗Ｒa と正帰還コイルＬa が直列に接続されて構成さ
れている。このＳＱＵＩＤ１２の電圧出力は、ＡＰＦ回
路１３が設けられていない場合には、下式（１）
め、図７に示すようなＳＱＵＩＤ磁束計を考える。この
ＳＱＵＩＤ磁束計１１は、ＳＱＵＩＤ１２に対し並列に
ＡＰＦ回路１３が接続されており、ＡＰＦ回路１３は、
抵抗Ｒa と正帰還コイルＬa が直列に接続されて構成さ
れている。このＳＱＵＩＤ１２の電圧出力は、ＡＰＦ回
路１３が設けられていない場合には、下式（１）
【数１】 で表わされる（K.Enpuku, Y.Shimomura, and T.Kisu "E
ffect of thermal noiseon the characteristics of a
high Tc SQUID", J.Appl.Phys.73(11),1993. 参照）。
ここに、ｋは定数を、Ｉc は臨界電流値を、Ｒs はシャ
ント抵抗値を、Φo は磁束量子を、それぞれ表わしてい
る。
ffect of thermal noiseon the characteristics of a
high Tc SQUID", J.Appl.Phys.73(11),1993. 参照）。
ここに、ｋは定数を、Ｉc は臨界電流値を、Ｒs はシャ
ント抵抗値を、Φo は磁束量子を、それぞれ表わしてい
る。
【０００４】また、上式（１）において、δΦn は、下
式（２）
式（２）
【数２】 で表わされる。ここに、ｋB はボルツマン定数を、Ｔは
絶対温度を、Ｌs はＳＱＵＩＤ１２２のインダクタンス
値を、それぞれ表わしている。
絶対温度を、Ｌs はＳＱＵＩＤ１２２のインダクタンス
値を、それぞれ表わしている。
【０００５】今、図７に示すようにＳＱＵＩＤ１２にＡ
ＰＦ回路１３を設けると、上式（１）は、下式（３）
ＰＦ回路１３を設けると、上式（１）は、下式（３）
【数３】 として表わされる。
【０００６】上式（３）においてβa は、下式（４）
【数４】 で表わされる。ここに、Ｍa は正帰還コイルＬa の相互
インダクタンスである。Ｍa ／Ｒa は正帰還量を表わし
ている。
インダクタンスである。Ｍa ／Ｒa は正帰還量を表わし
ている。
【０００７】上式（４）におけるｄＶ／ｄΦは、電圧出
力δＶの関数であるので、上式（３）は下式（５）
力δＶの関数であるので、上式（３）は下式（５）
【数５】 および下式（６）
【数６】 として置き換えられる。
【０００８】上記の式（５）及び式（６）を用いてシュ
ミレーションした結果を図８及び図９に示す。図８はＭ
a ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路の正帰還量に対するＳＱＵ
ＩＤ１２の電圧出力ΔＶを示したグラフであり、曲線ｊ
はＳＱＵＩＤインダクタンスＬs ＝２５ｐＨの場合のＭ
a ／Ｒa すなわち正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の電
圧出力ΔＶを、曲線ｋはＳＱＵＩＤインダクタンスＬs
＝１０００ｐＨの場合のＭa ／Ｒa すなわち正帰還量に
対するＳＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶを、それぞれ示し
ている。図８の曲線ｊに示すように、ＳＱＵＩＤ１２の
インダクタンスが小さい場合は、ＡＰＦ回路の正帰還量
に対するＳＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶは一定だが、図
８の曲線ｋに示すように、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタ
ンスが大きな場合は、ＡＰＦ回路の正帰還量に対するＳ
ＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶは減少する。
ミレーションした結果を図８及び図９に示す。図８はＭ
a ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路の正帰還量に対するＳＱＵ
ＩＤ１２の電圧出力ΔＶを示したグラフであり、曲線ｊ
はＳＱＵＩＤインダクタンスＬs ＝２５ｐＨの場合のＭ
a ／Ｒa すなわち正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の電
圧出力ΔＶを、曲線ｋはＳＱＵＩＤインダクタンスＬs
＝１０００ｐＨの場合のＭa ／Ｒa すなわち正帰還量に
対するＳＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶを、それぞれ示し
ている。図８の曲線ｊに示すように、ＳＱＵＩＤ１２の
インダクタンスが小さい場合は、ＡＰＦ回路の正帰還量
に対するＳＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶは一定だが、図
８の曲線ｋに示すように、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタ
ンスが大きな場合は、ＡＰＦ回路の正帰還量に対するＳ
ＱＵＩＤ１２の電圧出力ΔＶは減少する。
【０００９】図９は、Ｍa ／Ｒa すなわち正帰還量に対
するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを
示したグラフであり、曲線ｍはＳＱＵＩＤインダクタン
スＬs ＝２５ｐＨの場合の正帰還量に対するＳＱＵＩＤ
１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを、曲線ｎはＳＱ
ＵＩＤインダクタンスＬs ＝１０００ｐＨの場合の正帰
還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／
ｄΦexを、それぞれ示している。図９の曲線ｍに示すよ
うに、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタンスが小さい場合
は、正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換
率ｄＶ／ｄΦexの変化分は大きいが、図９の曲線ｎに示
すように、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタンスが大きな場
合は、正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変
換率ｄＶ／ｄΦexの変化分は小さい。上記の図８、図９
の結果は、ＡＰＦ回路を通して、ＳＱＵＩＤ固有の磁束
ノイズが加算されるために起こる現象と理解できる。
するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを
示したグラフであり、曲線ｍはＳＱＵＩＤインダクタン
スＬs ＝２５ｐＨの場合の正帰還量に対するＳＱＵＩＤ
１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを、曲線ｎはＳＱ
ＵＩＤインダクタンスＬs ＝１０００ｐＨの場合の正帰
還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換率ｄＶ／
ｄΦexを、それぞれ示している。図９の曲線ｍに示すよ
うに、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタンスが小さい場合
は、正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変換
率ｄＶ／ｄΦexの変化分は大きいが、図９の曲線ｎに示
すように、ＳＱＵＩＤ１２のインダクタンスが大きな場
合は、正帰還量に対するＳＱＵＩＤ１２の磁束−電圧変
換率ｄＶ／ｄΦexの変化分は小さい。上記の図８、図９
の結果は、ＡＰＦ回路を通して、ＳＱＵＩＤ固有の磁束
ノイズが加算されるために起こる現象と理解できる。
【００１０】上記のように、大きなインダクタンスを持
つｄｃ−ＳＱＵＩＤに対してＡＰＦ回路を用いると、Ａ
ＰＦ回路の正帰還量を増すとＳＱＵＩＤの電圧出力が小
さくなってしまう、という問題点があった。
つｄｃ−ＳＱＵＩＤに対してＡＰＦ回路を用いると、Ａ
ＰＦ回路の正帰還量を増すとＳＱＵＩＤの電圧出力が小
さくなってしまう、という問題点があった。
【００１１】図１０は、上記ＡＰＦ回路の抵抗Ｒa に対
する磁束−電圧変換率の関係を示している。この関係
は、下式（７）
する磁束−電圧変換率の関係を示している。この関係
は、下式（７）
【数７】 で表わされる。
【００１２】図１０の曲線ｐは正帰還コイルＬa の相互
インダクタンスＭa が１００ｐＨの時の結果を、曲線ｑ
は正帰還コイルＬa の相互インダクタンスＭa が３００
ｐＨの時の結果を、曲線ｒは正帰還コイルＬa の相互イ
ンダクタンスＭa が１０００ｐＨの時の結果を、それぞ
れ示している。図１０から、正帰還コイルＬa の相互イ
ンダクタンスＭa が大きいものほどＡＰＦ回路の抵抗Ｒ
a の値が大きくなる傾向にある。このことは、Ｍa が大
きいほどＲa の抵抗の絶対精度が緩やかになることを示
唆している。したがって、Ｍa が大きい方が所望の磁束
−電圧変換率を精度良く得やすくなる。しかし、Ｍa の
値を大きくすると、ＳＱＵＩＤとＡＰＦ回路内のインダ
クタンスに浮遊容量が生じてしまい、共振が発生する可
能性がある。その結果、ＳＱＵＩＤの電圧出力特性が劣
化してしまうことが一般的に知られている（C.Hilbert
and J.Clartke,J,Low Temp.Phys.68,pp.269-,1987）,
（K.Enpuku and K.Yoshida,J.Appl.Phys.69(10),pp7295
-7300,1991）。
インダクタンスＭa が１００ｐＨの時の結果を、曲線ｑ
は正帰還コイルＬa の相互インダクタンスＭa が３００
ｐＨの時の結果を、曲線ｒは正帰還コイルＬa の相互イ
ンダクタンスＭa が１０００ｐＨの時の結果を、それぞ
れ示している。図１０から、正帰還コイルＬa の相互イ
ンダクタンスＭa が大きいものほどＡＰＦ回路の抵抗Ｒ
a の値が大きくなる傾向にある。このことは、Ｍa が大
きいほどＲa の抵抗の絶対精度が緩やかになることを示
唆している。したがって、Ｍa が大きい方が所望の磁束
−電圧変換率を精度良く得やすくなる。しかし、Ｍa の
値を大きくすると、ＳＱＵＩＤとＡＰＦ回路内のインダ
クタンスに浮遊容量が生じてしまい、共振が発生する可
能性がある。その結果、ＳＱＵＩＤの電圧出力特性が劣
化してしまうことが一般的に知られている（C.Hilbert
and J.Clartke,J,Low Temp.Phys.68,pp.269-,1987）,
（K.Enpuku and K.Yoshida,J.Appl.Phys.69(10),pp7295
-7300,1991）。
【００１３】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、大きなインダクタンスを持つＳＱ
ＵＩＤにＡＰＦ回路を用いてもＳＱＵＩＤの電圧出力の
低下を防止することができるＳＱＵＩＤ磁束計を提供す
ることを目的とする。
なされたものであり、大きなインダクタンスを持つＳＱ
ＵＩＤにＡＰＦ回路を用いてもＳＱＵＩＤの電圧出力の
低下を防止することができるＳＱＵＩＤ磁束計を提供す
ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願の第１の発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、相互
インダクタンスによりＳＱＵＩＤに正帰還を付与する正
帰還コイルを含む正帰還回路を前記ＳＱＵＩＤに対し並
列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であって、前記正帰還回
路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続された抵抗を
備えて構成される。また、本願の第２の発明に係るＳＱ
ＵＩＤ磁束計は、相互インダクタンスによりＳＱＵＩＤ
に正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前
記ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計で
あって、前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並
列に接続されたコンデンサを備えて構成される。また、
本願の第３の発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、相互イン
ダクタンスによりＳＱＵＩＤに正帰還を付与する正帰還
コイルを含む正帰還回路を前記ＳＱＵＩＤに対し並列に
接続したＳＱＵＩＤ磁束計であって、前記正帰還回路
は、前記正帰還コイルに対し並列に接続された抵抗およ
びコンデンサを備えて構成される。
め、本願の第１の発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、相互
インダクタンスによりＳＱＵＩＤに正帰還を付与する正
帰還コイルを含む正帰還回路を前記ＳＱＵＩＤに対し並
列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であって、前記正帰還回
路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続された抵抗を
備えて構成される。また、本願の第２の発明に係るＳＱ
ＵＩＤ磁束計は、相互インダクタンスによりＳＱＵＩＤ
に正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前
記ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計で
あって、前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並
列に接続されたコンデンサを備えて構成される。また、
本願の第３の発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計は、相互イン
ダクタンスによりＳＱＵＩＤに正帰還を付与する正帰還
コイルを含む正帰還回路を前記ＳＱＵＩＤに対し並列に
接続したＳＱＵＩＤ磁束計であって、前記正帰還回路
は、前記正帰還コイルに対し並列に接続された抵抗およ
びコンデンサを備えて構成される。
【００１５】
【作用】上記構成を有する本発明によれば、ＳＱＵＩＤ
に対し、並列に正帰還コイルを有する正帰還回路を設
け、この正帰還回路内に、正帰還コイルに対し並列に接
続された抵抗、あるいはコンデンサ、または抵抗とコン
デンサを備えたので、大きなインダクタンスを持つｄｃ
−ＳＱＵＩＤに正帰還回路を用いても、インダクタンス
の大きなＳＱＵＩＤの固有磁束ノイズが正帰還回路を通
して戻る磁束ノイズを帯域制限することができ、ＳＱＵ
ＩＤの電圧出力の低下を防止することができる。
に対し、並列に正帰還コイルを有する正帰還回路を設
け、この正帰還回路内に、正帰還コイルに対し並列に接
続された抵抗、あるいはコンデンサ、または抵抗とコン
デンサを備えたので、大きなインダクタンスを持つｄｃ
−ＳＱＵＩＤに正帰還回路を用いても、インダクタンス
の大きなＳＱＵＩＤの固有磁束ノイズが正帰還回路を通
して戻る磁束ノイズを帯域制限することができ、ＳＱＵ
ＩＤの電圧出力の低下を防止することができる。
【００１６】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明の第１実施例であるＳＱＵＩＤ磁束
計を示したものであり、インダクタンスの大きなＳＱＵ
ＩＤ２の固有磁束ノイズがＡＰＦ回路を通して戻る磁束
ノイズを帯域制限するために、ＡＰＦ回路のインダクタ
ンスに対してコンデンサを並列に接続して構成される。
すなわち、第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計１Ａは、ＳＱ
ＵＩＤ２に対し並列にＡＰＦ回路（正帰還回路）３Ａが
接続されており、ＡＰＦ回路３Ａは、抵抗Ｒa と正帰還
コイルＬa が直列に接続され、正帰還コイルＬa に対し
コンデンサＣa が並列に接続されて構成されている。
る。図１は、本発明の第１実施例であるＳＱＵＩＤ磁束
計を示したものであり、インダクタンスの大きなＳＱＵ
ＩＤ２の固有磁束ノイズがＡＰＦ回路を通して戻る磁束
ノイズを帯域制限するために、ＡＰＦ回路のインダクタ
ンスに対してコンデンサを並列に接続して構成される。
すなわち、第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計１Ａは、ＳＱ
ＵＩＤ２に対し並列にＡＰＦ回路（正帰還回路）３Ａが
接続されており、ＡＰＦ回路３Ａは、抵抗Ｒa と正帰還
コイルＬa が直列に接続され、正帰還コイルＬa に対し
コンデンサＣa が並列に接続されて構成されている。
【００１７】上記のＳＱＵＩＤ磁束計１ＡのＳＱＵＩＤ
２の出力電圧ΔＶは下式（８）
２の出力電圧ΔＶは下式（８）
【数８】 で表わされる。
【００１８】上式（８）において、βa （ｆ）は、下式
（９）
（９）
【数９】 で表わされる。上式（９）において、Ｍa ／Ｒa ・（ｄ
Ｖ／ｄΦ）の係数である平方根の中を１以下にすれば、
磁束の帰還量は制限できる。
Ｖ／ｄΦ）の係数である平方根の中を１以下にすれば、
磁束の帰還量は制限できる。
【００１９】図３の曲線ａは、図１のＡＰＦ回路３Ａに
おけるコンデンサＣa の容量を０．１μＦとしたときの
Ｍa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ａの正帰還量に対する
インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶを
示したグラフであり、図３の曲線ｂは上記のコンデンサ
を設けなかった場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３
Ａの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶを示
している。
おけるコンデンサＣa の容量を０．１μＦとしたときの
Ｍa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ａの正帰還量に対する
インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶを
示したグラフであり、図３の曲線ｂは上記のコンデンサ
を設けなかった場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３
Ａの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶを示
している。
【００２０】図３から、コンデンサＣa を設けた場合
は、ＡＰＦ回路３Ａの正帰還量に対する電圧出力が改善
されていることがわかる。しかし、ＳＱＵＩＤチップ内
にコンデンサを作り込むことは製造上、困難である。そ
れと同時に、コンデンサが所望の容量を得るには、ＳＱ
ＵＩＤチップに比べてかなり大きくなってしまう。ま
た、インダクタンスとキャパシタンスにより共振回路を
形成するので、ＳＱＵＩＤのΦ−Ｖ曲線上に共振点が発
生するおそれがある。
は、ＡＰＦ回路３Ａの正帰還量に対する電圧出力が改善
されていることがわかる。しかし、ＳＱＵＩＤチップ内
にコンデンサを作り込むことは製造上、困難である。そ
れと同時に、コンデンサが所望の容量を得るには、ＳＱ
ＵＩＤチップに比べてかなり大きくなってしまう。ま
た、インダクタンスとキャパシタンスにより共振回路を
形成するので、ＳＱＵＩＤのΦ−Ｖ曲線上に共振点が発
生するおそれがある。
【００２１】そこで、図２に示すように、ＳＱＵＩＤの
固有磁束ノイズがＡＰＦ回路を通して戻る磁束ノイズを
帯域制限するために、ＡＰＦ回路のインダクタンスに対
して抵抗を並列に接続して構成される第２実施例が考え
られる。すなわち、第２実施例のＳＱＵＩＤ磁束計１Ｂ
は、ＳＱＵＩＤ２に対し並列にＡＰＦ回路３Ｂが接続さ
れており、ＡＰＦ回路３Ｂは、抵抗Ｒa と正帰還コイル
Ｌa が直列に接続され、正帰還コイルＬa に対し抵抗Ｒ
adが並列に接続されて構成されている。
固有磁束ノイズがＡＰＦ回路を通して戻る磁束ノイズを
帯域制限するために、ＡＰＦ回路のインダクタンスに対
して抵抗を並列に接続して構成される第２実施例が考え
られる。すなわち、第２実施例のＳＱＵＩＤ磁束計１Ｂ
は、ＳＱＵＩＤ２に対し並列にＡＰＦ回路３Ｂが接続さ
れており、ＡＰＦ回路３Ｂは、抵抗Ｒa と正帰還コイル
Ｌa が直列に接続され、正帰還コイルＬa に対し抵抗Ｒ
adが並列に接続されて構成されている。
【００２２】上記のＳＱＵＩＤ磁束計１ＢのＳＱＵＩＤ
２の出力電圧ΔＶは下式（１０）
２の出力電圧ΔＶは下式（１０）
【数１０】 で表わされる。
【００２３】上式（１０）において、βa （ｆ）は、下
式（１１）
式（１１）
【数１１】 で表わされる。上式（１１）において、Ｍa ／Ｒa ・
（ｄＶ／ｄΦ）の係数である平方根の中を１以下にすれ
ば、磁束の帰還量は制限できる。
（ｄＶ／ｄΦ）の係数である平方根の中を１以下にすれ
ば、磁束の帰還量は制限できる。
【００２４】図４の曲線ｃは、図２のＡＰＦ回路３Ｂに
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンスの大きなＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶ
を示したグラフであり、図４の曲線ｄは上記のダンピン
グ抵抗を設けなかった場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ
回路３Ｂの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ２の電圧出力Δ
Ｖを示している。
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンスの大きなＳＱＵＩＤ２の電圧出力ΔＶ
を示したグラフであり、図４の曲線ｄは上記のダンピン
グ抵抗を設けなかった場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ
回路３Ｂの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ２の電圧出力Δ
Ｖを示している。
【００２５】図４から、ダンピング抵抗Ｒadを設けた場
合は、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対する電圧出力が改
善されていることがわかる。しかも抵抗なので、ＳＱＵ
ＩＤチップ内に簡単に作り込むことも可能である。
合は、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対する電圧出力が改
善されていることがわかる。しかも抵抗なので、ＳＱＵ
ＩＤチップ内に簡単に作り込むことも可能である。
【００２６】上記のシュミレーション結果を確認するた
め、図２の回路を実際に構成し、ＡＰＦ回路の正帰還量
Ｍa ／Ｒa に対する出力電圧、および磁束−電圧変換率
の関係を実験的に求めた。
め、図２の回路を実際に構成し、ＡＰＦ回路の正帰還量
Ｍa ／Ｒa に対する出力電圧、および磁束−電圧変換率
の関係を実験的に求めた。
【００２７】図５の曲線ｅは、図２のＡＰＦ回路３Ｂに
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンス値Ｌs ＝１２００ｐＨのＳＱＵＩＤ２
の電圧出力ΔＶを示したグラフであり、図４の曲線ｆは
上記のダンピング抵抗を設けなかった場合のＭa ／Ｒa
すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ
２の電圧出力ΔＶを示している。図５から、ダンピング
抵抗Ｒadを設けた方が、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対
する電圧出力の低下が少ないことが実験的に証明され
た。
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンス値Ｌs ＝１２００ｐＨのＳＱＵＩＤ２
の電圧出力ΔＶを示したグラフであり、図４の曲線ｆは
上記のダンピング抵抗を設けなかった場合のＭa ／Ｒa
すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対するＳＱＵＩＤ
２の電圧出力ΔＶを示している。図５から、ダンピング
抵抗Ｒadを設けた方が、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対
する電圧出力の低下が少ないことが実験的に証明され
た。
【００２８】図６の曲線ｇは、図２のＡＰＦ回路３Ｂに
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンス値Ｌs ＝１２００ｐＨのＳＱＵＩＤ２
の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを示したグラフであ
り、図６の曲線ｈは上記のダンピング抵抗を設けなかっ
た場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量
に対するＳＱＵＩＤ２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦex
を示している。図６から、ダンピング抵抗Ｒadを設けた
方が、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対する磁束−電圧変
換率が改善されていることが実験的に証明された。
おけるダンピング抵抗Ｒadの抵抗値を１０Ωとしたとき
のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対す
るインダクタンス値Ｌs ＝１２００ｐＨのＳＱＵＩＤ２
の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦexを示したグラフであ
り、図６の曲線ｈは上記のダンピング抵抗を設けなかっ
た場合のＭa ／Ｒa すなわちＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量
に対するＳＱＵＩＤ２の磁束−電圧変換率ｄＶ／ｄΦex
を示している。図６から、ダンピング抵抗Ｒadを設けた
方が、ＡＰＦ回路３Ｂの正帰還量に対する磁束−電圧変
換率が改善されていることが実験的に証明された。
【００２９】また、Ｍa の値を大きくするとＳＱＵＩＤ
とＡＰＦ回路内のインダクタンスに浮遊容量が生じ共振
が発生する可能性がある、という従来例の問題点も、上
記実施例のように正帰還コイルＬa に対して並列に抵抗
ＲadもしくはコンデンサＣaを付加すると解決され、共
振は低減される。これは、横軸周波数、縦軸ＳＱＵＩＤ
の等価抵抗を考えたとき、高周波におけるＳＱＵＩＤ等
価抵抗値に共振点が生じる、すなわち不整抵抗になる
が、この時、ダンピング抵抗等を付加することによりそ
のＱ値が低くなり、結果として共振が低減されるからで
ある。
とＡＰＦ回路内のインダクタンスに浮遊容量が生じ共振
が発生する可能性がある、という従来例の問題点も、上
記実施例のように正帰還コイルＬa に対して並列に抵抗
ＲadもしくはコンデンサＣaを付加すると解決され、共
振は低減される。これは、横軸周波数、縦軸ＳＱＵＩＤ
の等価抵抗を考えたとき、高周波におけるＳＱＵＩＤ等
価抵抗値に共振点が生じる、すなわち不整抵抗になる
が、この時、ダンピング抵抗等を付加することによりそ
のＱ値が低くなり、結果として共振が低減されるからで
ある。
【００３０】なお、本発明は、上記実施例に限定される
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
ものではない。上記実施例は、例示であり、本発明の特
許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な
構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる
ものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３１】例えば、上記実施例においては、ＡＰＦ回
路内に正帰還コイルＬa に対し並列に接続されたコンデ
ンサを備えた例、およびＡＰＦ回路内に正帰還コイルＬ
a に対し並列に接続された抵抗を備えた例について説明
したが、これらには限定されず、ＡＰＦ回路内に正帰還
コイルＬa に対し並列に接続された抵抗およびコンデン
サを備えるように構成してもよい。
路内に正帰還コイルＬa に対し並列に接続されたコンデ
ンサを備えた例、およびＡＰＦ回路内に正帰還コイルＬ
a に対し並列に接続された抵抗を備えた例について説明
したが、これらには限定されず、ＡＰＦ回路内に正帰還
コイルＬa に対し並列に接続された抵抗およびコンデン
サを備えるように構成してもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
本発明によれば、ＳＱＵＩＤに対し、並列に正帰還コイ
ルを有する正帰還回路を設け、この正帰還回路内に、正
帰還コイルに対し並列に接続された抵抗、あるいはコン
デンサ、または抵抗とコンデンサを備えたので、大きな
インダクタンスを持つｄｃ−ＳＱＵＩＤに正帰還回路を
用いても、インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤの固有磁
束ノイズが正帰還回路を通して戻る磁束ノイズを帯域制
限することができ、ＳＱＵＩＤの電圧出力の低下を防止
することができる、という利点がある。
本発明によれば、ＳＱＵＩＤに対し、並列に正帰還コイ
ルを有する正帰還回路を設け、この正帰還回路内に、正
帰還コイルに対し並列に接続された抵抗、あるいはコン
デンサ、または抵抗とコンデンサを備えたので、大きな
インダクタンスを持つｄｃ−ＳＱＵＩＤに正帰還回路を
用いても、インダクタンスの大きなＳＱＵＩＤの固有磁
束ノイズが正帰還回路を通して戻る磁束ノイズを帯域制
限することができ、ＳＱＵＩＤの電圧出力の低下を防止
することができる、という利点がある。
【図１】本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の第１実施例の
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
【図２】本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計の第２実施例の
構成を示す回路図である。
構成を示す回路図である。
【図３】図１に示す第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作をシュミレーションした図である。
作をシュミレーションした図である。
【図４】図２に示す第２実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作をシュミレーションした図である。
作をシュミレーションした図である。
【図５】図２に示す第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作を実験的に確認した図（１）である。
作を実験的に確認した図（１）である。
【図６】図２に示す第１実施例のＳＱＵＩＤ磁束計の動
作を実験的に確認した図（２）である。
作を実験的に確認した図（２）である。
【図７】従来例のＡＰＦ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計
の構成を示す回路図である。
の構成を示す回路図である。
【図８】図７に示す従来例のＳＱＵＩＤ磁束計の動作を
説明する図（１）である。
説明する図（１）である。
【図９】図７に示す従来例のＳＱＵＩＤ磁束計の動作を
説明する図（２）である。
説明する図（２）である。
【図１０】図７に示す従来例のＳＱＵＩＤ磁束計の動作
を説明する図（３）である。
を説明する図（３）である。
１Ａ，１Ｂ ＳＱＵＩＤ磁束計 ２ ＳＱＵＩＤ ３Ａ，３Ｂ ＡＰＦ回路 １１ ＳＱＵＩＤ磁束計 １２ ＳＱＵＩＤ １３ ＡＰＦ回路 Ｃa コンデンサ Ｊ1 ，Ｊ2 ジョセフソン接合 Ｌa 正帰還コイル Ｒa ，Ｒb ，Ｒad 抵抗
Claims (3)
- 【請求項１】 相互インダクタンスによりＳＱＵＩＤに
正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前記
ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であ
って、 前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続
された抵抗を備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束
計。 - 【請求項２】 相互インダクタンスによりＳＱＵＩＤに
正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前記
ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であ
って、 前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続
されたコンデンサを備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ
磁束計。 - 【請求項３】 相互インダクタンスによりＳＱＵＩＤに
正帰還を付与する正帰還コイルを含む正帰還回路を前記
ＳＱＵＩＤに対し並列に接続したＳＱＵＩＤ磁束計であ
って、 前記正帰還回路は、前記正帰還コイルに対し並列に接続
された抵抗およびコンデンサを備えたことを特徴とする
ＳＱＵＩＤ磁束計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6133936A JP2587002B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6133936A JP2587002B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07318623A true JPH07318623A (ja) | 1995-12-08 |
| JP2587002B2 JP2587002B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=15116538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6133936A Expired - Lifetime JP2587002B2 (ja) | 1994-05-25 | 1994-05-25 | Ｓｑｕｉｄ磁束計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2587002B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011029471A1 (en) | 2009-09-09 | 2011-03-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Squid with a coil inductively coupled to the squid via a mutual inductance |
| JP2011523747A (ja) * | 2008-05-29 | 2011-08-18 | ノースロップ グルムマン システムズ コーポレイション | 単一磁束量子論理で量子ビットを制御するための方法および装置 |
| CN102426342A (zh) * | 2011-08-31 | 2012-04-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于三端变压器的超导squid偏置反转前端电路及调整方法 |
| JP2014523705A (ja) * | 2011-07-07 | 2014-09-11 | ノースロップ グルムマン システムズ コーポレイション | 量子ビットアセンブリの状態を制御すること |
| JP2019012002A (ja) * | 2017-06-30 | 2019-01-24 | 日置電機株式会社 | 電流検出装置および測定装置 |
-
1994
- 1994-05-25 JP JP6133936A patent/JP2587002B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011523747A (ja) * | 2008-05-29 | 2011-08-18 | ノースロップ グルムマン システムズ コーポレイション | 単一磁束量子論理で量子ビットを制御するための方法および装置 |
| WO2011029471A1 (en) | 2009-09-09 | 2011-03-17 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Squid with a coil inductively coupled to the squid via a mutual inductance |
| CN102483444A (zh) * | 2009-09-09 | 2012-05-30 | 于利希研究中心有限公司 | 具有经由互感感应耦合到squid的线圈的squid |
| JP2014523705A (ja) * | 2011-07-07 | 2014-09-11 | ノースロップ グルムマン システムズ コーポレイション | 量子ビットアセンブリの状態を制御すること |
| CN102426342A (zh) * | 2011-08-31 | 2012-04-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于三端变压器的超导squid偏置反转前端电路及调整方法 |
| JP2019012002A (ja) * | 2017-06-30 | 2019-01-24 | 日置電機株式会社 | 電流検出装置および測定装置 |
| JP2022162171A (ja) * | 2017-06-30 | 2022-10-21 | 日置電機株式会社 | 電流検出装置および測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2587002B2 (ja) | 1997-03-05 |
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