JP2000292511A - Squidの動作点調整装置および方法 - Google Patents

Squidの動作点調整装置および方法

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JP2000292511A
JP2000292511A JP11102924A JP10292499A JP2000292511A JP 2000292511 A JP2000292511 A JP 2000292511A JP 11102924 A JP11102924 A JP 11102924A JP 10292499 A JP10292499 A JP 10292499A JP 2000292511 A JP2000292511 A JP 2000292511A
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squid
magnetic field
voltage
coil
bias current
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Tetsuya Hirano
哲也 平野
Tatsuoki Nagaishi
竜起 永石
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で自動的に適切なバイアス電流が調整
できるSQUIDのバイアス電圧調整装置を提供する。 【解決手段】 コイル12に磁場バイアス電源17で調
整可能な磁場バイアスを加えた50kHzの正弦波電流
を流してSQUID10に磁場を発生させる。この状態
でSQUID10から出力電圧を取り出す。取り出す出
力電圧の磁場の振幅は磁場−電圧特性の半周期分とす
る。この電圧をフィルタ14によりフィルタリングし、
50kHzの成分のみを取出す。その取出した信号成分
を整流器15で整流して直流電圧に変換して電圧モニタ
16を見ながら、その最大値を得るように磁場バイアス
電源17を調整する。

Description

【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【符号の説明】
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

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SQUIDと、 前記SQUIDに対して所定のバイアス電流を流す手段
    と、 前記SQUIDに対して磁場を印加するためのコイルと
    を含み、 前記コイルには第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、 前記SQUIDに前記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、 前記取り出した磁場−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、 前記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、SQUIDの動作点調整装置。
  2. 【請求項2】前記フィルタを通過した信号成分が最大に
    なるよう、前記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、請求項1に記載のSQUIDの動作
    点調整装置。
  3. 【請求項3】SQUIDに対して所定のバイアス電流を
    流すステップと、 前記SQUIDに対してコイルを用いて磁場を印加する
    ステップとを含み、 前記コイルには第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、 前記SQUIDに前記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、 前記取り出した磁場−電圧特性信号から前記第1の周波
    数の成分のみを取り出すステップと、 前記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、SQUIDの動作点調整方法。
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NO20001825A NO20001825L (no) 1999-04-09 2000-04-07 FremgangsmÕte og innretning for enkel justering av arbeidspunktet for SQUID
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005188946A (ja) * 2003-12-24 2005-07-14 Sumitomo Denko Hightecs Kk 磁気検出装置
CN113093067A (zh) * 2021-03-31 2021-07-09 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种超导量子干涉传感器系统及其抑制输出偏移的方法

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