JP2000155052A - 光パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路 - Google Patents
光パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路Info
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- JP2000155052A JP2000155052A JP11222992A JP22299299A JP2000155052A JP 2000155052 A JP2000155052 A JP 2000155052A JP 11222992 A JP11222992 A JP 11222992A JP 22299299 A JP22299299 A JP 22299299A JP 2000155052 A JP2000155052 A JP 2000155052A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光パルス測定に際し、測定パルスの劣化、ジ
ョセフソンサンプリング測定回路の超伝導部分への熱の
侵入を防止する。 【解決手段】 測定点から光ケーブルにより光パルスを
光入力型高速ジョセフソン高速サンプリング測定回路の
超伝導部分に導入し、超伝導チップ上に作製された光伝
導素子に光パルスを照射し、電気パルス信号に変換し、
同一チップ上のジョセフソン素子により光パルス波形を
サンプリング計測する。
ョセフソンサンプリング測定回路の超伝導部分への熱の
侵入を防止する。 【解決手段】 測定点から光ケーブルにより光パルスを
光入力型高速ジョセフソン高速サンプリング測定回路の
超伝導部分に導入し、超伝導チップ上に作製された光伝
導素子に光パルスを照射し、電気パルス信号に変換し、
同一チップ上のジョセフソン素子により光パルス波形を
サンプリング計測する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジョセフソンサン
プリング測定回路に係り、特に高速光通信に使用される
極短光パルス波形の測定に好適な光入力型高速ジョセフ
ソンサンプリング測定回路に関する。
プリング測定回路に係り、特に高速光通信に使用される
極短光パルス波形の測定に好適な光入力型高速ジョセフ
ソンサンプリング測定回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超伝導集積回路の所定の点におけ
る超高速微少信号波形を実測するために、超高速（サブ
10ps以下）、微少な信号（数100μA、数100μV）で動作
するジョセフソンサンプリング測定回路が知られてい
る。図６（Ａ）はその例である。１０は同一チップ上に
作製され液体ヘリウム中に浸される超伝導回路チップ部
で、１１はジョセフソン論理ゲート回路等の被測定回
路、１２はジョセフソンスイッチのサンプリングゲー
ト、１３、１４は抵抗である。２２は主に超伝導量子干
渉素子（SQUID）から構成され、クロック信号入力時ト
リガ信号に同期して極短サンプリングパルスを発生する
パルス発生回路である。
る超高速微少信号波形を実測するために、超高速（サブ
10ps以下）、微少な信号（数100μA、数100μV）で動作
するジョセフソンサンプリング測定回路が知られてい
る。図６（Ａ）はその例である。１０は同一チップ上に
作製され液体ヘリウム中に浸される超伝導回路チップ部
で、１１はジョセフソン論理ゲート回路等の被測定回
路、１２はジョセフソンスイッチのサンプリングゲー
ト、１３、１４は抵抗である。２２は主に超伝導量子干
渉素子（SQUID）から構成され、クロック信号入力時ト
リガ信号に同期して極短サンプリングパルスを発生する
パルス発生回路である。
【０００３】２１は、例えば50μｓデューティ比50％の
クロック信号Cpを出力するクロックパルス発生回路、２
３は可変遅延線制御回路、２４はトリガーパルス発生回
路、２５は可変遅延線回路、２６はX-Yレコーダ、オシ
ロスコープ等の表示器である。３０はサンプリングゲー
ト１２のバイアスを制御するバイアス電流帰還制御回路
で、３１は増幅器、３２は増幅器３１と参照電圧Ｖｒと
の偏差を出力する比較回路、３３はクロックCpにより積
分動作を開始する積分回路、３４はクロックCpに同期し
てオン・オフするフィルタ機能付きアナログスイッチ回
路である。
クロック信号Cpを出力するクロックパルス発生回路、２
３は可変遅延線制御回路、２４はトリガーパルス発生回
路、２５は可変遅延線回路、２６はX-Yレコーダ、オシ
ロスコープ等の表示器である。３０はサンプリングゲー
ト１２のバイアスを制御するバイアス電流帰還制御回路
で、３１は増幅器、３２は増幅器３１と参照電圧Ｖｒと
の偏差を出力する比較回路、３３はクロックCpにより積
分動作を開始する積分回路、３４はクロックCpに同期し
てオン・オフするフィルタ機能付きアナログスイッチ回
路である。
【０００４】次に、ジョセフソンサンプリング測定回路
の動作を説明する。サンプリングゲート１２にジョセフ
ソン電流Is0以上の電流が流れると、サンプリングゲー
ト１２は電圧遷移を生じ、サンプリングゲート１２に電
圧ΔＶが発生する特性を利用している。
の動作を説明する。サンプリングゲート１２にジョセフ
ソン電流Is0以上の電流が流れると、サンプリングゲー
ト１２は電圧遷移を生じ、サンプリングゲート１２に電
圧ΔＶが発生する特性を利用している。
【０００５】トリガーパルス発生信号回路２４から被測
定回路１１にトリガー信号Ituを与え、被測定回路１１
の測定すべき所定点の未知波形の電流信号Iuを取出す。
一方、可変遅延回線２５は可変遅延線制御回路２３によ
りトリガー信号Ituをサンプリング時点に対応した時間
遅延させたトリガー信号Itpをパルス発生回路２２に入
力する。パルス発生回路２２は室温系の遅延トリガー信
号Itpに同期して非常に短い・極短の単発パルスのサン
プリングパルスIpを出力する。
定回路１１にトリガー信号Ituを与え、被測定回路１１
の測定すべき所定点の未知波形の電流信号Iuを取出す。
一方、可変遅延回線２５は可変遅延線制御回路２３によ
りトリガー信号Ituをサンプリング時点に対応した時間
遅延させたトリガー信号Itpをパルス発生回路２２に入
力する。パルス発生回路２２は室温系の遅延トリガー信
号Itpに同期して非常に短い・極短の単発パルスのサン
プリングパルスIpを出力する。
【０００６】バイアス電流帰還制御回路３０は、クロッ
ク信号Cpに同期して積分回路３３により順次増加する直
流バイアス信号Isを出力する。参照電圧Vrは、サンプリ
ングゲートが確率的に（例えば５０％の確率で）電圧状
態に遷移するようなバイアス直流電流値に対応した電圧
である。
ク信号Cpに同期して積分回路３３により順次増加する直
流バイアス信号Isを出力する。参照電圧Vrは、サンプリ
ングゲートが確率的に（例えば５０％の確率で）電圧状
態に遷移するようなバイアス直流電流値に対応した電圧
である。
【０００７】サンプリングゲート１２にはIp＋Iu＋Isの
電流が印加され、Isの増加によりIp＋Iu＋Isの電流値が
ジョセフソン電流値Iso以上になるとサンプリングゲー
ト１２に電圧ΔVsが発生する。比較回路３２の出力によ
り積分回路３３の出力は比較回路３２の出力により飽和
し、電圧遷移時におけるバイアス電流Isの平均化値を出
力する。このときの未知波形の電流信号Iuのサンプリン
グ値はIso−Ip−Isで計算される。（図６（Ｂ）参照）
電流が印加され、Isの増加によりIp＋Iu＋Isの電流値が
ジョセフソン電流値Iso以上になるとサンプリングゲー
ト１２に電圧ΔVsが発生する。比較回路３２の出力によ
り積分回路３３の出力は比較回路３２の出力により飽和
し、電圧遷移時におけるバイアス電流Isの平均化値を出
力する。このときの未知波形の電流信号Iuのサンプリン
グ値はIso−Ip−Isで計算される。（図６（Ｂ）参照）
【０００８】可変遅延線制御回路２３の制御信号を可変
遅延回路２５に入力し、トリガーパルスItuを微小な時
間刻み（例えば１ps刻み）で可変遅延回路２５により遅
延したトリガー信号Itpを出力し、パルス発生回路２２
に出力する。パルス信号発生器２２はその時点のサンプ
リングパルスの極短パルスIpを出力し、積分回路３３の
平均値出力に基づいて未知波形信号のサンプリング値が
計算される。積分回路３３の出力から演算した波形サン
プリング値を可変遅延線制御回路２３の前記信号に対応
した出力で掃引させることにより未知波形信号を表示器
で表示することができる。このようにして、被測定回路
が周期的に発生する未知信号Iuの波形を高い時間分解能
（６ps以下）、高感度（５μA以下）で、拡大された時
間軸上で観測することができる。（電子技術総合研究所
彙報、第48巻、第4号、p.340-352参照）
遅延回路２５に入力し、トリガーパルスItuを微小な時
間刻み（例えば１ps刻み）で可変遅延回路２５により遅
延したトリガー信号Itpを出力し、パルス発生回路２２
に出力する。パルス信号発生器２２はその時点のサンプ
リングパルスの極短パルスIpを出力し、積分回路３３の
平均値出力に基づいて未知波形信号のサンプリング値が
計算される。積分回路３３の出力から演算した波形サン
プリング値を可変遅延線制御回路２３の前記信号に対応
した出力で掃引させることにより未知波形信号を表示器
で表示することができる。このようにして、被測定回路
が周期的に発生する未知信号Iuの波形を高い時間分解能
（６ps以下）、高感度（５μA以下）で、拡大された時
間軸上で観測することができる。（電子技術総合研究所
彙報、第48巻、第4号、p.340-352参照）
【０００９】図６のジョセフソンサンプリング測定回路
を、ジョセフソン論理ゲート回路１１の出力波形と同じ
極短パルス域の光パルス測定に使用することが考案され
た。このような場合、光パルス発生回路の光パルスを電
気パルスに変換し、同軸ケーブルで極低温環境の下に導
き、ジョセフソンサンプリング測定回路で測定してい
た。図７がこの例である。10ＧHz以上の光パルスでは同
軸ケーブルに代えて導波管を使用される。図７で図６と
同じ参照符号を付したものは、同一物又は相当物であ
る。１３は測定される光パルスを出力する光パルス発生
回路、１４は光電気変換器、１５は同軸ケーブルであ
る。
を、ジョセフソン論理ゲート回路１１の出力波形と同じ
極短パルス域の光パルス測定に使用することが考案され
た。このような場合、光パルス発生回路の光パルスを電
気パルスに変換し、同軸ケーブルで極低温環境の下に導
き、ジョセフソンサンプリング測定回路で測定してい
た。図７がこの例である。10ＧHz以上の光パルスでは同
軸ケーブルに代えて導波管を使用される。図７で図６と
同じ参照符号を付したものは、同一物又は相当物であ
る。１３は測定される光パルスを出力する光パルス発生
回路、１４は光電気変換器、１５は同軸ケーブルであ
る。
【００１０】
【発明の解決しようとする課題】この方法では、光パル
ス検出器からの出力信号がｍオーダーの長い同軸ケーブ
ルを伝送されるうちに波形が大きく劣化し、光パルスの
波形を正確に測定することができなかった。ジョゼフソ
ン接合素子を使用した超伝導チップ部１０は極低温の環
境の下にあるので冷却装置及び断熱性の高い冷却装置内
に収納されている。同軸ケーブル又は導波管を超伝導チ
ップ部１０の信号入力線に使う場合、これらは熱伝導率
が大きいために室温系の熱がこれらの信号入力線を通じ
て容易に冷却装置内に侵入し、信号入力線と超伝導チッ
プ部との接続部を極低温に保つことは困難であった。
ス検出器からの出力信号がｍオーダーの長い同軸ケーブ
ルを伝送されるうちに波形が大きく劣化し、光パルスの
波形を正確に測定することができなかった。ジョゼフソ
ン接合素子を使用した超伝導チップ部１０は極低温の環
境の下にあるので冷却装置及び断熱性の高い冷却装置内
に収納されている。同軸ケーブル又は導波管を超伝導チ
ップ部１０の信号入力線に使う場合、これらは熱伝導率
が大きいために室温系の熱がこれらの信号入力線を通じ
て容易に冷却装置内に侵入し、信号入力線と超伝導チッ
プ部との接続部を極低温に保つことは困難であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、被測定信号の光パルスをジョセフソ
ンサンプリング測定回路の超伝導部に導く光ケーブル
と、光パルス信号を電気パルスに変換し、測定回路の超
伝導部に接続する超伝導光伝導素子とを設けることによ
り、光パルス波形の正確な測定を可能とする光入力型ジ
ョセフソンサンプリング測定回路を提供することを目的
とする。
めに、本発明では、被測定信号の光パルスをジョセフソ
ンサンプリング測定回路の超伝導部に導く光ケーブル
と、光パルス信号を電気パルスに変換し、測定回路の超
伝導部に接続する超伝導光伝導素子とを設けることによ
り、光パルス波形の正確な測定を可能とする光入力型ジ
ョセフソンサンプリング測定回路を提供することを目的
とする。
【００１２】
【発明の実施の態様】図１は本発明の光入力型高速ジョ
セフソンサンプリング測定回路の実施例である。５１は
光ケーブル、５２は超伝導光伝導素子である。光パルス
発生装置１３の所定測定点の光パルスIuは光ケーブル５
１により超伝導チップ部に導かれ、光伝導素子５２で電
気信号パルスに変換され、超伝導回路の抵抗６１に入力
される。なお、図１と図６において同じ参照番号を付し
たものは同一物又は相当物である。
セフソンサンプリング測定回路の実施例である。５１は
光ケーブル、５２は超伝導光伝導素子である。光パルス
発生装置１３の所定測定点の光パルスIuは光ケーブル５
１により超伝導チップ部に導かれ、光伝導素子５２で電
気信号パルスに変換され、超伝導回路の抵抗６１に入力
される。なお、図１と図６において同じ参照番号を付し
たものは同一物又は相当物である。
【００１３】図２は図１の超伝導部チップ１０の実施例
における回路である。５１Ａは室温系測定点から光パル
スを導入する光ケーブル端、５２は光パルスを電気パル
スに変換する光伝導素子、５３は光パルスを光伝導素子
の受光領域に受光させるための凸レンズである。６１、
６３は、光伝導素子が超伝導接続されるスリップ線路の
インピーダンスに等しい値の負荷抵抗（RL）、６２は直
流バイアスをブロックするためのキャパシタンス（Ｃ）
で、６４は高周波をブロックするためのインダクタンス
（Ｌ）である。６５は、超伝導部チップ部１０外に設け
られ、光伝導素子に直流バイアスを加えるための電源
（Ｖｂ）である。その電流値は小さいので、光伝導素子
の受光時サンプリングゲートの動作に影響しない。６
６，６７，６８，６９はそれぞれ図１の遅延されたトリ
ガ信号Itp、クロック信号Cp、バイアス電流信号Isの信
号入力端子、サンプリングゲートの出力電圧ΔVsの信号
出力端子である。直流バイアス電流Isを印加した状態
で、光伝導素子５２に光パルスを照射すると、電気パル
ス信号が発生し、抵抗（Ru）６１を通じてサンプリング
ゲート（Js）１２にパルス信号が流れ込む。
における回路である。５１Ａは室温系測定点から光パル
スを導入する光ケーブル端、５２は光パルスを電気パル
スに変換する光伝導素子、５３は光パルスを光伝導素子
の受光領域に受光させるための凸レンズである。６１、
６３は、光伝導素子が超伝導接続されるスリップ線路の
インピーダンスに等しい値の負荷抵抗（RL）、６２は直
流バイアスをブロックするためのキャパシタンス（Ｃ）
で、６４は高周波をブロックするためのインダクタンス
（Ｌ）である。６５は、超伝導部チップ部１０外に設け
られ、光伝導素子に直流バイアスを加えるための電源
（Ｖｂ）である。その電流値は小さいので、光伝導素子
の受光時サンプリングゲートの動作に影響しない。６
６，６７，６８，６９はそれぞれ図１の遅延されたトリ
ガ信号Itp、クロック信号Cp、バイアス電流信号Isの信
号入力端子、サンプリングゲートの出力電圧ΔVsの信号
出力端子である。直流バイアス電流Isを印加した状態
で、光伝導素子５２に光パルスを照射すると、電気パル
ス信号が発生し、抵抗（Ru）６１を通じてサンプリング
ゲート（Js）１２にパルス信号が流れ込む。
【００１４】図３は図１の光伝導素子５２と光ケーブル
５１との接続例を示す。５４は超伝導ストリップ電極、
５５は微小ギャップ、５６は半導体層、５７は超伝導櫛
形電極である。光伝導素子５２は超伝導電極間隙と半導
体層とで構成される。光伝導素子の上に凸レンズ５３を
配置し、その中心に光ファイバー端５１Ｂを接触固定し
ている。（ａ）は、超伝導ストリップ線路５４に微小ギ
ャップ５５を設けた光伝導素子を示し、その間隙に光パ
ルスを照射して、電気パルスを発生させる。（ｂ）はス
トリップ線路の途中に対抗する櫛形の電極５７を設けた
光伝導素子を示し、この電極の領域に光パルスを照射し
て、電気パルスを発生させる。なお、これらの光伝導素
子の極低温（4.2Ｋ）における動作は、例えば、文献App
l. Phys. Let.，Vol.４６，p.749-751、文献ＳＰＩＥ
Proceeding Vol．2168、pp．229-236にそれぞれ報告
されている。
５１との接続例を示す。５４は超伝導ストリップ電極、
５５は微小ギャップ、５６は半導体層、５７は超伝導櫛
形電極である。光伝導素子５２は超伝導電極間隙と半導
体層とで構成される。光伝導素子の上に凸レンズ５３を
配置し、その中心に光ファイバー端５１Ｂを接触固定し
ている。（ａ）は、超伝導ストリップ線路５４に微小ギ
ャップ５５を設けた光伝導素子を示し、その間隙に光パ
ルスを照射して、電気パルスを発生させる。（ｂ）はス
トリップ線路の途中に対抗する櫛形の電極５７を設けた
光伝導素子を示し、この電極の領域に光パルスを照射し
て、電気パルスを発生させる。なお、これらの光伝導素
子の極低温（4.2Ｋ）における動作は、例えば、文献App
l. Phys. Let.，Vol.４６，p.749-751、文献ＳＰＩＥ
Proceeding Vol．2168、pp．229-236にそれぞれ報告
されている。
【００１５】図５は各種ケーブルの損失の周波数特性を
示している。光ケーブルは他のケーブルに比して損失が
非常に少ないので、波形の劣化及び発熱は同軸ケーブル
に比べて良好である。又、同軸ケーブルは導電体として
銅を用いて作成されており、銅の熱伝導率は、1.4Wm
−１Ｋ−１（０℃において）である。また、光ファイバ
ーは、光学材料として石英を用いて作成されており、石
英の熱伝導率は403Wm−１Ｋ −１ （０℃において）であ
る。これらを比較すると、光ファイバは、同軸ケーブル
の約３００分の１の熱伝導率であるので、大幅に熱の侵
入を少なくすることが可能となる。
示している。光ケーブルは他のケーブルに比して損失が
非常に少ないので、波形の劣化及び発熱は同軸ケーブル
に比べて良好である。又、同軸ケーブルは導電体として
銅を用いて作成されており、銅の熱伝導率は、1.4Wm
−１Ｋ−１（０℃において）である。また、光ファイバ
ーは、光学材料として石英を用いて作成されており、石
英の熱伝導率は403Wm−１Ｋ −１ （０℃において）であ
る。これらを比較すると、光ファイバは、同軸ケーブル
の約３００分の１の熱伝導率であるので、大幅に熱の侵
入を少なくすることが可能となる。
【００１６】図４により、図２の光伝導素子を設けたジ
ョセフソン超伝導部チップ１０の作製プロセスの原理を
説明する。 （ａ）始めにＳi基板４０を用意する。 （ｂ）基板全面にグランドプレーンＧＰとなるNb膜４１
をスパッタ法により堆積する。 （ｃ）絶縁層ＩとなるSiＯ２などの絶縁膜４２を堆積
し、グランドコンタクトＧＣ用のレジストパターンを形
成した後、コンタクトホール４３をエッチング法または
リフト法により形成する。 （ｄ）全面に下部電極（Nb層）４４、トンネル障壁（Al
ＯＸ）層４５、上部電極（Nb層）４６を連続して堆積
し、微小ジョセフソン接合用のレジストパターンを形成
した後、上部電極４６のみエッチングする。その後、絶
縁層IIとなる絶縁膜４７を堆積し、リフトオフ法により
レジスト上の絶縁膜を除去する。
ョセフソン超伝導部チップ１０の作製プロセスの原理を
説明する。 （ａ）始めにＳi基板４０を用意する。 （ｂ）基板全面にグランドプレーンＧＰとなるNb膜４１
をスパッタ法により堆積する。 （ｃ）絶縁層ＩとなるSiＯ２などの絶縁膜４２を堆積
し、グランドコンタクトＧＣ用のレジストパターンを形
成した後、コンタクトホール４３をエッチング法または
リフト法により形成する。 （ｄ）全面に下部電極（Nb層）４４、トンネル障壁（Al
ＯＸ）層４５、上部電極（Nb層）４６を連続して堆積
し、微小ジョセフソン接合用のレジストパターンを形成
した後、上部電極４６のみエッチングする。その後、絶
縁層IIとなる絶縁膜４７を堆積し、リフトオフ法により
レジスト上の絶縁膜を除去する。
【００１７】（ｅ）光伝導素子を作製する領域に半導体
膜４８を張付ける。半導体膜４８は移動度が高く、キャ
リア寿命が小さいものが望ましい。例えば、200℃で成
長したLt−GaAs膜、GrをドープしたGaAs膜、イオンを打
込まれたInP膜などである。このような薄膜は、GaAs膜
のエピタキシャルリフトオフ法、あるいは、基板を物理
的化学的研磨により薄膜化する方法などにより形成す
る。膜の張付けは、ファンデルワールスボンデイング
法、表面活性化直接ボンデイング法あるいは接着剤によ
る。 （ｆ）基板全面にNb膜４９をスパッタ法により堆積し、
各素子間の配線用のレジストパターンを形成した後、エ
ッチングし、超伝導電極配線とともに光伝導素子の微小
ギャップ５５、５７用の微小ギャップ５０を作製する。
膜４８を張付ける。半導体膜４８は移動度が高く、キャ
リア寿命が小さいものが望ましい。例えば、200℃で成
長したLt−GaAs膜、GrをドープしたGaAs膜、イオンを打
込まれたInP膜などである。このような薄膜は、GaAs膜
のエピタキシャルリフトオフ法、あるいは、基板を物理
的化学的研磨により薄膜化する方法などにより形成す
る。膜の張付けは、ファンデルワールスボンデイング
法、表面活性化直接ボンデイング法あるいは接着剤によ
る。 （ｆ）基板全面にNb膜４９をスパッタ法により堆積し、
各素子間の配線用のレジストパターンを形成した後、エ
ッチングし、超伝導電極配線とともに光伝導素子の微小
ギャップ５５、５７用の微小ギャップ５０を作製する。
【００１８】図２の超伝導部チップ１０は、図３の超伝
導集積回路の作製プロセスで作製できる。超伝導配線層
４９、グランドプレーン４１により光伝導素子ギャップ
５０，光パルス発生回路２２内のジョセフソン素子，サ
ンプリングゲート（Js）１２，抵抗（Rp）６４，抵抗
（Ru）６１，抵抗（RL）６３，インダクター（Ｌ）６
４，コンデンサー（Ｃ）６２，入出力端子６６〜６９及
び電池接続端子７０，７１を接続するように集積すれば
良い。
導集積回路の作製プロセスで作製できる。超伝導配線層
４９、グランドプレーン４１により光伝導素子ギャップ
５０，光パルス発生回路２２内のジョセフソン素子，サ
ンプリングゲート（Js）１２，抵抗（Rp）６４，抵抗
（Ru）６１，抵抗（RL）６３，インダクター（Ｌ）６
４，コンデンサー（Ｃ）６２，入出力端子６６〜６９及
び電池接続端子７０，７１を接続するように集積すれば
良い。
【００１９】次に、図１の光入力型高速ジョセフソンサ
ンプリング測定回路実施例により本発明の動作を説明す
る。超伝導部チップ上で、４ＪＬゲートから構成されて
いるパルス発生回路２２にトリガー信号Ituを加える。
同時に、トリガー信号Ituを光パルス発生装置１３に加
える。トリガー信号に応じた光パルス発生装置１３の測
定点の光パルスが光ファイバー５１により導かれ光伝導
素子５２に照射される。光伝導素子５２で変換された電
気パルス信号Iuは、負荷抵抗Ruを通じて、サンプリング
ゲート（Js）１２に加えられる。一方、トリガー信号It
pにより、パルス発生回路２２から極短パルス信号Ipが
生成され、負荷抵抗Rpを通じて、サンプリングゲート
（Js）１２に加えられる。
ンプリング測定回路実施例により本発明の動作を説明す
る。超伝導部チップ上で、４ＪＬゲートから構成されて
いるパルス発生回路２２にトリガー信号Ituを加える。
同時に、トリガー信号Ituを光パルス発生装置１３に加
える。トリガー信号に応じた光パルス発生装置１３の測
定点の光パルスが光ファイバー５１により導かれ光伝導
素子５２に照射される。光伝導素子５２で変換された電
気パルス信号Iuは、負荷抵抗Ruを通じて、サンプリング
ゲート（Js）１２に加えられる。一方、トリガー信号It
pにより、パルス発生回路２２から極短パルス信号Ipが
生成され、負荷抵抗Rpを通じて、サンプリングゲート
（Js）１２に加えられる。
【００２０】さらに、サンプリングゲート（Js）１２に
対して、バイアス制御回路３０からのバイアス電流Isの
電流を重畳して加え、サンプリングゲートが確率的に
（例えば50％の確率で）電圧状態になるようにバイアス
直流電流値Isが制御された状態を作りだし、トリガーパ
ルス信号Itu、Itpの時間差を微小な時間刻みで可変遅延
線により変化させることにより、時間差の値に対応した
バイアス電流値を得る。バイアス電流値からIu=Iso-Ip-
Isにより光パルスのサンプリング値が測定される。前記
時間差の値で光パルスのサンプリング値Iuを掃引すると
図６，図７と同じく表示器２６により光パルスの波形を
表示することができる。
対して、バイアス制御回路３０からのバイアス電流Isの
電流を重畳して加え、サンプリングゲートが確率的に
（例えば50％の確率で）電圧状態になるようにバイアス
直流電流値Isが制御された状態を作りだし、トリガーパ
ルス信号Itu、Itpの時間差を微小な時間刻みで可変遅延
線により変化させることにより、時間差の値に対応した
バイアス電流値を得る。バイアス電流値からIu=Iso-Ip-
Isにより光パルスのサンプリング値が測定される。前記
時間差の値で光パルスのサンプリング値Iuを掃引すると
図６，図７と同じく表示器２６により光パルスの波形を
表示することができる。
【００２１】図１の光パルス発生装置１３は、例えば半
導体レーザー、発光ダイオードなど発光素子を含む光電
気回路装置であり、トリガー信号に同期して動作するも
のであるが、他の実施例として光パルス発生装置を光通
信装置とし、評価用伝送光パルスの測定に適用できる。
この場合、評価用光パルスとして固定されたパルス信号
列を使用する。図１のトリガー信号Ituに同期して光ケ
ーブル伝送系に評価用パルスを繰り返し入力し、光結合
素子などにより本発明の光ケーブル５１に測定点のパル
ス信号列を導入し、光波形を測定する。これにより、光
通信系の光ファイバー等多チャンネル光伝送系機器の評
価ができる。
導体レーザー、発光ダイオードなど発光素子を含む光電
気回路装置であり、トリガー信号に同期して動作するも
のであるが、他の実施例として光パルス発生装置を光通
信装置とし、評価用伝送光パルスの測定に適用できる。
この場合、評価用光パルスとして固定されたパルス信号
列を使用する。図１のトリガー信号Ituに同期して光ケ
ーブル伝送系に評価用パルスを繰り返し入力し、光結合
素子などにより本発明の光ケーブル５１に測定点のパル
ス信号列を導入し、光波形を測定する。これにより、光
通信系の光ファイバー等多チャンネル光伝送系機器の評
価ができる。
【００２２】図８に、図１の実施例についてさらに外部
回路からの信号を計測できるようにしたサンプリング測
定回路を示す。図１に示した光信号入力部に加えて、外
部回路からの信号に関する入力部を設けてある。外部回
路１６へは、トリガーパルス発生回路２４からトリガー
パルス信号Itubが入力され、その信号に同期した被測定
信号Iubが抵抗Rub６２を通じてサンプリングゲート１２
に加えられる。このような回路構成にすることにより、
光信号と電気信号の同一時間軸上での波形観測が可能と
なる。光信号と電気信号の位相ずれを評価することがで
きる。なお、外部回路としては、極低温環境下で動作す
るものがサンプリングゲートまでの信号線の長さを短く
できるので望ましいが、室温環境下で動作するものでも
平行ケーブル、同軸ケーブルなどで極低温環境下に導入
することにより、波形の劣化は避けがたいとしても、観
測可能となる。
回路からの信号を計測できるようにしたサンプリング測
定回路を示す。図１に示した光信号入力部に加えて、外
部回路からの信号に関する入力部を設けてある。外部回
路１６へは、トリガーパルス発生回路２４からトリガー
パルス信号Itubが入力され、その信号に同期した被測定
信号Iubが抵抗Rub６２を通じてサンプリングゲート１２
に加えられる。このような回路構成にすることにより、
光信号と電気信号の同一時間軸上での波形観測が可能と
なる。光信号と電気信号の位相ずれを評価することがで
きる。なお、外部回路としては、極低温環境下で動作す
るものがサンプリングゲートまでの信号線の長さを短く
できるので望ましいが、室温環境下で動作するものでも
平行ケーブル、同軸ケーブルなどで極低温環境下に導入
することにより、波形の劣化は避けがたいとしても、観
測可能となる。
【００２３】最後に、バイアス電流帰還制御回路３０に
ついて、比較器３２、アナログ積分回路３３、およびア
ナログスイッチ３４について、デジタル比較器、および
デジタル任意波形発生装置、積分機能を実現する制御コ
ンピュータによりデジタル化を進めることにより、クロ
ックパルスCpの周波数を数KHzから数十MHzへと改善する
ことが可能となる。これにより、バイアス電流帰還制御
回路３０のレスポンスが大幅に向上するため、可変遅延
線２５をす速く可変することができ、測定時間の大幅な
短縮をもたらす。
ついて、比較器３２、アナログ積分回路３３、およびア
ナログスイッチ３４について、デジタル比較器、および
デジタル任意波形発生装置、積分機能を実現する制御コ
ンピュータによりデジタル化を進めることにより、クロ
ックパルスCpの周波数を数KHzから数十MHzへと改善する
ことが可能となる。これにより、バイアス電流帰還制御
回路３０のレスポンスが大幅に向上するため、可変遅延
線２５をす速く可変することができ、測定時間の大幅な
短縮をもたらす。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、光ケーブルとして光フ
ァイバーを用いているので、波形の変形がなく室温環境
から極低温環境に導入することが可能となり、光パルス
の波形を高精度に測定することができる。又、同軸ケー
ブル、導波管に比べて熱の侵入及び損失に伴う発熱量が
少ないので、冷却容器内を極低温に保持することが簡単
に達成される。特に光通信などの多チャンネル光伝送系
の評価パルスを測定する場合、光パルスを入力する光ケ
ーブルでは波形の変化及び導入部の発熱がないので有効
である。
ァイバーを用いているので、波形の変形がなく室温環境
から極低温環境に導入することが可能となり、光パルス
の波形を高精度に測定することができる。又、同軸ケー
ブル、導波管に比べて熱の侵入及び損失に伴う発熱量が
少ないので、冷却容器内を極低温に保持することが簡単
に達成される。特に光通信などの多チャンネル光伝送系
の評価パルスを測定する場合、光パルスを入力する光ケ
ーブルでは波形の変化及び導入部の発熱がないので有効
である。
【図１】本発明による光入力型高速ジョセフソンサンプ
リング測定回路の実施例である。
リング測定回路の実施例である。
【図２】本発明による超伝導部チップ回路の実施例であ
る。
る。
【図３】本発明による光電気変換の例を示す図で、
（ａ）は微小ギャップ構造、（ｂ）は櫛形電極構造のも
のである。
（ａ）は微小ギャップ構造、（ｂ）は櫛形電極構造のも
のである。
【図４】本発明の光伝導素子を設けた超伝導集積回路の
作製プロセスを説明する図である。
作製プロセスを説明する図である。
【図５】各種ケーブルの周波数特性を示す図である。
【図６】ジョセフソンサンプリング測定回路の動作を説
明する図である。
明する図である。
【図７】従来の光入力型ジョセフソンサンプリング測定
回路を示す図である。
回路を示す図である。
【図８】図１の実施例についてさらに外部回路からの信
号を計測できるようにしたサンプリング測定回路を示す
図である。
号を計測できるようにしたサンプリング測定回路を示す
図である。
１０ 超伝導部チップ １１ 従来の被測定回路 １２ サンプリングゲート １３ 光パルス発生装置 １４ 光電気変換器 １５ 同軸ケーブル １６ 外部回路 ２１ クロックパルス発振回路 ２２ パルス発生回路 ２３ 可変遅延線制御回路 ２４ トリガーパルス発生回路 ２５ 可変遅延線回路 ２６ 表示器 ３０ バイアス電流帰還制御回路 ３１ 増幅器 ３２ 比較器 ３３ 積分器 ３４ スイッチ ５１ 光ケーブル ５１Ｂ 光ファイバー端 ５２ 光伝導素子 ５３ 凸レンズ ５４ 電極 ５５、５０ 微小ギャップ ５６、４８ 半導体 ５７ 櫛形電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 仲川 博 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内 (72)発明者 佐藤 弘 茨城県つくば市梅園１丁目１番４ 工業技 術院電子技術総合研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 入力された光パルス信号から変換された
電気パルス信号と、極短電気パルス信号、更に、順次変
化するバイアス電流をジョセフソンサンプリングゲート
に印加し、該ジョセフソンサンプリングゲートが電圧遷
移する確率が一定となるように 前記バイアス電流を制
御した時のバイアス電流の変化分により入力された光パ
ルス信号を測定する光パルス入力型ジョセフソン・高速
サンプリング測定回路において、 光パルスを極低温系の超伝導回路部に入力する光ケーブ
ル及び前記超伝導回路部に光ケーブルで入力された光パ
ルスを前記電気パルス信号に変換する半導体薄膜と超伝
導配線からなる光伝導素子を設けたことを特徴とする光
パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路。 - 【請求項２】 前記光伝導素子として、半導体層の上に
狭い間隔で配置された２個の超伝導電極からなることを
特徴とする請求項１に記載の光パルス入力型高速ジョセ
フソンサンプリング測定回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11222992A JP2000155052A (ja) | 1998-09-14 | 1999-08-05 | 光パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25980398 | 1998-09-14 | ||
| JP10-259803 | 1998-09-14 | ||
| JP11222992A JP2000155052A (ja) | 1998-09-14 | 1999-08-05 | 光パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000155052A true JP2000155052A (ja) | 2000-06-06 |
Family
ID=26525206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11222992A Pending JP2000155052A (ja) | 1998-09-14 | 1999-08-05 | 光パルス入力型高速ジョセフソンサンプリング測定回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000155052A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004363485A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Japan Science & Technology Agency | 光−磁束変換型入力インターフェース回路 |
| CN103472423A (zh) * | 2013-08-23 | 2013-12-25 | 西北核技术研究所 | 指定参数正指数脉冲光信号产生装置及方法 |
| JP2018518670A (ja) * | 2015-05-20 | 2018-07-12 | クアンタム−エスアイ インコーポレイテッドＱｕａｎｔｕｍ−Ｓｉ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 蛍光寿命分析のための光源 |
| WO2021255344A1 (en) * | 2020-06-16 | 2021-12-23 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Cryogenic waveform source |
| US11249318B2 (en) | 2016-12-16 | 2022-02-15 | Quantum-Si Incorporated | Compact beam shaping and steering assembly |
| US11322906B2 (en) | 2016-12-16 | 2022-05-03 | Quantum-Si Incorporated | Compact mode-locked laser module |
| US11466316B2 (en) | 2015-05-20 | 2022-10-11 | Quantum-Si Incorporated | Pulsed laser and bioanalytic system |
| US11567006B2 (en) | 2015-05-20 | 2023-01-31 | Quantum-Si Incorporated | Optical sources for fluorescent lifetime analysis |
| US11747561B2 (en) | 2019-06-14 | 2023-09-05 | Quantum-Si Incorporated | Sliced grating coupler with increased beam alignment sensitivity |
| US11808700B2 (en) | 2018-06-15 | 2023-11-07 | Quantum-Si Incorporated | Data acquisition control for advanced analytic instruments having pulsed optical sources |
-
1999
- 1999-08-05 JP JP11222992A patent/JP2000155052A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004363485A (ja) * | 2003-06-06 | 2004-12-24 | Japan Science & Technology Agency | 光−磁束変換型入力インターフェース回路 |
| CN103472423A (zh) * | 2013-08-23 | 2013-12-25 | 西北核技术研究所 | 指定参数正指数脉冲光信号产生装置及方法 |
| CN103472423B (zh) * | 2013-08-23 | 2015-09-30 | 西北核技术研究所 | 指定参数正指数脉冲光信号产生装置及方法 |
| JP2018518670A (ja) * | 2015-05-20 | 2018-07-12 | クアンタム−エスアイ インコーポレイテッドＱｕａｎｔｕｍ−Ｓｉ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | 蛍光寿命分析のための光源 |
| JP7078398B2 (ja) | 2015-05-20 | 2022-05-31 | クアンタム－エスアイ インコーポレイテッド | 蛍光寿命分析のための光源 |
| US11466316B2 (en) | 2015-05-20 | 2022-10-11 | Quantum-Si Incorporated | Pulsed laser and bioanalytic system |
| US11567006B2 (en) | 2015-05-20 | 2023-01-31 | Quantum-Si Incorporated | Optical sources for fluorescent lifetime analysis |
| US11249318B2 (en) | 2016-12-16 | 2022-02-15 | Quantum-Si Incorporated | Compact beam shaping and steering assembly |
| US11322906B2 (en) | 2016-12-16 | 2022-05-03 | Quantum-Si Incorporated | Compact mode-locked laser module |
| US11808700B2 (en) | 2018-06-15 | 2023-11-07 | Quantum-Si Incorporated | Data acquisition control for advanced analytic instruments having pulsed optical sources |
| US11747561B2 (en) | 2019-06-14 | 2023-09-05 | Quantum-Si Incorporated | Sliced grating coupler with increased beam alignment sensitivity |
| WO2021255344A1 (en) * | 2020-06-16 | 2021-12-23 | Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy | Cryogenic waveform source |
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