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SQUID电流传感器一阶梯度交叉耦合结构设计优化

批准号:
62101522
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
徐达
依托单位:
学科分类:
物理电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐达

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在辐射计量和单光子计量的科学装置中,超导量子干涉仪(SQUID)电流传感器是低噪声探测器的微弱信号读出核心部件。SQUID电流传感器已成为超导转变边缘探测器(TES)低噪声探测器信号读出的唯一选择。SQUID电流传感器研制的最重要技术是SQUID电流传感器的耦合结构设计技术。为了减弱外界杂散磁场的影响,SQUID电流传感器需采用梯度结构来抵消杂散磁场干扰。因此,本项目将重点研究SQUID电流传感器的一阶梯度交叉耦合结构设计优化,主要研究内容包括: 1、SQUID环路、输入线圈和反馈线圈的一阶梯度结构设计优化;2、SQUID环路与输入线圈、反馈线圈的交叉耦合结构设计优化;3、利用现有的微加工工艺和低温测试技术对优化设计的SQUID一阶梯度交叉耦合结构进行实验验证。本项目将致力于解决SQUID电流传感器的一阶梯度交叉耦合结构设计关键技术,为SQUID电流传感器研制奠定技术基础。
英文摘要
In the scientific equipment for radiation metrology and single-photon metrology, superconducting quantum interference (SQUID) current sensor is the core component for the weak signal readout of the low noise detector. SQUID current sensor has been developed as the only choice for weak-signal readout of superconducting transition-edge sensor (TES) low-noise detector. In the development of SQUID current sensor, the most important technology is the design technology for the coupling structure of SQUID current sensor. In order to reduce the influence of stray magnetic field, it is necessary that SQUID current sensor uses gradient structure to offset the interference of stray magnetic field. Therefore, this project will focus on the design and optimization of SQUID current sensor's first-order gradient coupling structure, and the main contents of this project include: 1. The design and optimization of the first-order gradient structure of SQUID loop, input coil and feedback coil; 2. Design and optimization of the cross-coupled structures among SQUID loop, input coil and feedback coil; 3. The experimentally verification of the optimally designed first-order gradient cross-coupled structure of SQUID current sensor by using the existing microfabrication process and low-temperature measurement technology. This project will focus on solving the key design technology of SQUID current sensor's first-order gradient cross-coupled structure, and lay a technical foundation for the development of SQUID current sensor.
本项目重点研究SQUID电流传感器的一阶梯度交叉耦合结构设计优化,包括:槽型SQUID环路的一阶梯度结构设计优化,输入线圈和反馈线圈的一阶梯度结构设计优化,SQUID环路与输入线圈、反馈线圈的交叉耦合结构设计优化,对设计的槽型SQUID一阶梯度交叉耦合结构进行实验验证。本项目提出的SQUID电流传感器的一阶梯度交叉耦合结构,可有效减弱外界磁场干扰,提高器件工作稳定性,改善电流噪声水平。研制的一阶梯度交叉耦合SQUID电流传感器的输入线圈电流灵敏度为4.4 μA/Φ0,反馈线圈电流灵敏度为25.5 μA/Φ0,器件电流噪声为4.8 pA/√Hz,满足项目考核指标。研制的一阶梯度串联超导量子干涉器件阵列的输入线圈电流灵敏度为21.5 μA/Φ0,反馈线圈电流灵敏度为26.3 μA/Φ0,器件电流噪声为6.8 pA/√Hz。研制的SQUID电流传感器性能指标与商用SQUID器件的性能相当,可应用于X射线、宇宙微波背景、单光子等探测装置,可分别做为超导转变边沿探测器的第一级和第二级的SQUID两级读出方案,为未来在量子计量、低温物理实验和高精度传感技术等方面提供了关键支撑。
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