JP2855184B2 - Ｓｑｕｉｄアレイの位相調整装置 - Google Patents
Ｓｑｕｉｄアレイの位相調整装置Info
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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
計に関し、特に、ＳＱＵＩＤを複数個接続したＳＱＵＩ
Ｄアレイの位相調整装置に関する。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ＳＱＵＩＤ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、あるいは直接外部からの磁束を
結合して印加すると、ＳＱＵＩＤ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
計に関し、特に、ＳＱＵＩＤを複数個接続したＳＱＵＩ
Ｄアレイの位相調整装置に関する。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ＳＱＵＩＤ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、あるいは直接外部からの磁束を
結合して印加すると、ＳＱＵＩＤ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
ｃＳＱＵＩＤを用いた磁束計としては、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１０-5
φ0 ／Ｈｚ1/2 （左式においてφ0 は単位磁束量子を示
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。しかし、上記従来のＳＱＵ
ＩＤ磁束計においては、磁束分解能が非常に高感度であ
るため、外来ノイズや誘導ノイズに弱い、という欠点が
あった。また、ＳＱＵＩＤは、通常、「ＦＬＬ：Flux L
ocked Loop（磁束ロックループ）」と呼ばれる線形動作
のためのフィードバック回路を設けて「ゼロ位法」が成
立するように制御される。ＦＬＬとは、ＳＱＵＩＤ出力
を増幅するとともにそのＳＱＵＩＤ出力を磁束の形でル
ープ回路状にＳＱＵＩＤリングに帰還させる方法であ
る。この方法により、ＳＱＵＩＤリング内の磁束が特定
の値に保持（磁束ロック）されるため、ＳＱＵＩＤリン
グ内は磁束が特定の値（動作点）に保たれ、この動作点
からの変位磁束に対してＳＱＵＩＤは電圧を発生するこ
とになる。この場合、ＦＬＬ回路が追随できないような
大振幅又は高速の外来磁気ノイズがＳＱＵＩＤに加わっ
たり、ＦＬＬ回路内に電気的なパルスノイズが加わる
と、ＦＬＬループの動作点が外れ（「ロック外れ」とい
う。）、その後の線形動作が阻害される、という欠点が
あった。上記の問題を解決するための対策としては、ｄ
ｃＳＱＵＩＤをｎ個（ｎ：ｎ≧２なる正の整数）直列に
接続してＳＱＵＩＤアレイを構成することが考えられ
る。このように、ＳＱＵＩＤをアレイ状に接続すると、
各ＳＱＵＩＤの磁束に対する出力電圧（又は電流）の位
相が一致すれば、出力振幅がｎ倍になるなど、ＳＱＵＩ
Ｄの出力特性は改善される。
ｃＳＱＵＩＤを用いた磁束計としては、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１０-5
φ0 ／Ｈｚ1/2 （左式においてφ0 は単位磁束量子を示
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。しかし、上記従来のＳＱＵ
ＩＤ磁束計においては、磁束分解能が非常に高感度であ
るため、外来ノイズや誘導ノイズに弱い、という欠点が
あった。また、ＳＱＵＩＤは、通常、「ＦＬＬ：Flux L
ocked Loop（磁束ロックループ）」と呼ばれる線形動作
のためのフィードバック回路を設けて「ゼロ位法」が成
立するように制御される。ＦＬＬとは、ＳＱＵＩＤ出力
を増幅するとともにそのＳＱＵＩＤ出力を磁束の形でル
ープ回路状にＳＱＵＩＤリングに帰還させる方法であ
る。この方法により、ＳＱＵＩＤリング内の磁束が特定
の値に保持（磁束ロック）されるため、ＳＱＵＩＤリン
グ内は磁束が特定の値（動作点）に保たれ、この動作点
からの変位磁束に対してＳＱＵＩＤは電圧を発生するこ
とになる。この場合、ＦＬＬ回路が追随できないような
大振幅又は高速の外来磁気ノイズがＳＱＵＩＤに加わっ
たり、ＦＬＬ回路内に電気的なパルスノイズが加わる
と、ＦＬＬループの動作点が外れ（「ロック外れ」とい
う。）、その後の線形動作が阻害される、という欠点が
あった。上記の問題を解決するための対策としては、ｄ
ｃＳＱＵＩＤをｎ個（ｎ：ｎ≧２なる正の整数）直列に
接続してＳＱＵＩＤアレイを構成することが考えられ
る。このように、ＳＱＵＩＤをアレイ状に接続すると、
各ＳＱＵＩＤの磁束に対する出力電圧（又は電流）の位
相が一致すれば、出力振幅がｎ倍になるなど、ＳＱＵＩ
Ｄの出力特性は改善される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＳＱＵＩＤアレイにおいては、実際には、浮遊イン
ダクタンスやトラップ磁束等の影響により、必ずしも各
ＳＱＵＩＤの位相はＳＱＵＩＤ間で完全には一致しない
ため、ＳＱＵＩＤアレイの磁束−電圧特性（φ−Ｖ特
性）はやや歪んだ正弦波になったり、ＳＱＵＩＤ出力電
圧の振幅が必ずしもｎ倍とはならない、という場合があ
った。一方、最近、液体窒素温度で超伝導状態となるＳ
ＱＵＩＤ（高温超伝導ＳＱＵＩＤ）も実現されつつある
が、ＳＱＵＩＤ出力電圧振幅が小さく、雑音特性が悪
い、という問題があり、製作誤差に起因するＳＱＵＩＤ
出力電圧振幅や測定感度のばらつきが大きいこと、磁束
トラップを起しやすいこと等の理由から、この高温超伝
導ＳＱＵＩＤによりＳＱＵＩＤアレイを構成しても、各
ＳＱＵＩＤ間の位相を一致させることは困難であり、Ｓ
ＱＵＩＤの出力電圧振幅特性の向上があまり期待できな
い、という問題点があった。
来のＳＱＵＩＤアレイにおいては、実際には、浮遊イン
ダクタンスやトラップ磁束等の影響により、必ずしも各
ＳＱＵＩＤの位相はＳＱＵＩＤ間で完全には一致しない
ため、ＳＱＵＩＤアレイの磁束−電圧特性（φ−Ｖ特
性）はやや歪んだ正弦波になったり、ＳＱＵＩＤ出力電
圧の振幅が必ずしもｎ倍とはならない、という場合があ
った。一方、最近、液体窒素温度で超伝導状態となるＳ
ＱＵＩＤ（高温超伝導ＳＱＵＩＤ）も実現されつつある
が、ＳＱＵＩＤ出力電圧振幅が小さく、雑音特性が悪
い、という問題があり、製作誤差に起因するＳＱＵＩＤ
出力電圧振幅や測定感度のばらつきが大きいこと、磁束
トラップを起しやすいこと等の理由から、この高温超伝
導ＳＱＵＩＤによりＳＱＵＩＤアレイを構成しても、各
ＳＱＵＩＤ間の位相を一致させることは困難であり、Ｓ
ＱＵＩＤの出力電圧振幅特性の向上があまり期待できな
い、という問題点があった。
【０００４】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、ＳＱＵＩＤアレイにおいて各ＳＱ
ＵＩＤ間の位相を一致させうるＳＱＵＩＤアレイの位相
調整装置を提供することを目的とする。
なされたものであり、ＳＱＵＩＤアレイにおいて各ＳＱ
ＵＩＤ間の位相を一致させうるＳＱＵＩＤアレイの位相
調整装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明に係るＳＱＵＩＤアレイの位相
調整装置は、ｎ個（ｎ：ｎ≧２なる正の整数）のｄｃＳ
ＱＵＩＤが直列に接続されたＳＱＵＩＤアレイの各ｄｃ
ＳＱＵＩＤの位相を調整するＳＱＵＩＤアレイの位相調
整装置であって、前記ＳＱＵＩＤアレイの単一ｄｃＳＱ
ＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごとに設けられたコ
イルと、前記各コイルに独立して可変電流を供給する電
流源と、前記可変電流の値を前記各コイルごとに調整可
能な電流調整手段と、を備え、前記ＳＱＵＩＤアレイの
単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごとの
出力電圧が全て最大となるように前記電流調整手段が調
整されるように構成される。
め、請求項１記載の発明に係るＳＱＵＩＤアレイの位相
調整装置は、ｎ個（ｎ：ｎ≧２なる正の整数）のｄｃＳ
ＱＵＩＤが直列に接続されたＳＱＵＩＤアレイの各ｄｃ
ＳＱＵＩＤの位相を調整するＳＱＵＩＤアレイの位相調
整装置であって、前記ＳＱＵＩＤアレイの単一ｄｃＳＱ
ＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごとに設けられたコ
イルと、前記各コイルに独立して可変電流を供給する電
流源と、前記可変電流の値を前記各コイルごとに調整可
能な電流調整手段と、を備え、前記ＳＱＵＩＤアレイの
単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごとの
出力電圧が全て最大となるように前記電流調整手段が調
整されるように構成される。
【０００６】また、請求項２記載の発明に係るＳＱＵＩ
Ｄアレイの位相調整装置は、請求項１記載のＳＱＵＩＤ
アレイの位相調整装置において、前記コイルから前記単
一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤに付加さ
れるバイアス磁束は、±φ0／４（φ0 ：単位磁束量
子）以下の磁束振幅であるように構成される。
Ｄアレイの位相調整装置は、請求項１記載のＳＱＵＩＤ
アレイの位相調整装置において、前記コイルから前記単
一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤに付加さ
れるバイアス磁束は、±φ0／４（φ0 ：単位磁束量
子）以下の磁束振幅であるように構成される。
【０００７】
【作用】上記構成を有する請求項１記載の発明に係るＳ
ＱＵＩＤアレイの位相調整装置によれば、電流調整手段
により、ＳＱＵＩＤアレイの単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複
数個のｄｃＳＱＵＩＤごとの出力電圧が全て最大となる
ように調整された場合には、各コイルから単一ｄｃＳＱ
ＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤに付加されるバイア
ス磁束は、全てのｄｃＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧
曲線上の傾斜の中心にくる。したがって、全てのｄｃＳ
ＱＵＩＤの位相は一致する。
ＱＵＩＤアレイの位相調整装置によれば、電流調整手段
により、ＳＱＵＩＤアレイの単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複
数個のｄｃＳＱＵＩＤごとの出力電圧が全て最大となる
ように調整された場合には、各コイルから単一ｄｃＳＱ
ＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤに付加されるバイア
ス磁束は、全てのｄｃＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧
曲線上の傾斜の中心にくる。したがって、全てのｄｃＳ
ＱＵＩＤの位相は一致する。
【０００８】また、上記構成を有する請求項２記載の発
明に係るＳＱＵＩＤアレイの位相調整装置によれば、付
加されるバイアス磁束の振幅の中心位置は、ＳＱＵＩＤ
アレイの単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩ
Ｄごとの入力磁束−出力電圧変換曲線上の傾斜部におい
てφ0 ／２（φ0 ：単位磁束量子）以下の磁束範囲とな
る。この磁束範囲はＳＱＵＩＤが線形動作する範囲のう
ち最も狭い範囲と同じである。
明に係るＳＱＵＩＤアレイの位相調整装置によれば、付
加されるバイアス磁束の振幅の中心位置は、ＳＱＵＩＤ
アレイの単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩ
Ｄごとの入力磁束−出力電圧変換曲線上の傾斜部におい
てφ0 ／２（φ0 ：単位磁束量子）以下の磁束範囲とな
る。この磁束範囲はＳＱＵＩＤが線形動作する範囲のう
ち最も狭い範囲と同じである。
【０００９】
【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤアレイの
位相調整装置の構成を図１に示す。図に示すように、こ
のＳＱＵＩＤアレイの位相調整装置１００は、直列に接
続されたｎ個（ｎ：ｎ≧２なる正の整数）のｄｃＳＱＵ
ＩＤＳ1 〜Ｓn からなるＳＱＵＩＤアレイＡと、このＳ
ＱＵＩＤアレイＡへの入出力端子Ｔ1 及びＴ2 と、ｎ個
のバイアスコイルＬ1 〜Ｌn と、各バイアスコイルに接
続されたｎ個の電流調整用抵抗Ｒt1〜Ｒtnと、切換スイ
ッチ１と、バイアス磁束用電源２と、モニタ用信号源３
と、モニタ用抵抗Ｒを備えて構成されている。図１にお
いては、ＳＱＵＩＤアレイＡの出力を観測するためのバ
イアス電流源、増幅器、負帰還回路、ＦＬＬ回路等は図
示を省略してある。
説明する。本発明の一実施例であるＳＱＵＩＤアレイの
位相調整装置の構成を図１に示す。図に示すように、こ
のＳＱＵＩＤアレイの位相調整装置１００は、直列に接
続されたｎ個（ｎ：ｎ≧２なる正の整数）のｄｃＳＱＵ
ＩＤＳ1 〜Ｓn からなるＳＱＵＩＤアレイＡと、このＳ
ＱＵＩＤアレイＡへの入出力端子Ｔ1 及びＴ2 と、ｎ個
のバイアスコイルＬ1 〜Ｌn と、各バイアスコイルに接
続されたｎ個の電流調整用抵抗Ｒt1〜Ｒtnと、切換スイ
ッチ１と、バイアス磁束用電源２と、モニタ用信号源３
と、モニタ用抵抗Ｒを備えて構成されている。図１にお
いては、ＳＱＵＩＤアレイＡの出力を観測するためのバ
イアス電流源、増幅器、負帰還回路、ＦＬＬ回路等は図
示を省略してある。
【００１０】Ｊ1 ，Ｊ2 は各ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn
に設けられたジョセフソン接合である。各バイアスコイ
ルＬ1 〜Ｌn は、各ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn の近傍に
配置されている。１個のｄｃＳＱＵＩＤＳi と１個のバ
イアスコイルＬi とを結合する相互インダクタンス（結
合容量）はＭt となっている。このバイアスコイルＬ1
〜Ｌn の一端は電流調整用抵抗Ｒt1〜Ｒtnの一端に接続
され、バイアスコイルＬ1 〜Ｌn の他端は接地されてい
る。バイアス磁束用電源２は、電圧値Ｖb を有し、上記
のバイアスコイルＬ1 〜Ｌn のバイアス磁束供給用の電
源である。モニタ用信号源３は、電圧値Ｖs を有し、可
変振幅特性を持つ電流源であり、上記のバイアスコイル
のバイアス磁束を調整する。入出力端子Ｔ1 ，Ｔ2 に
は、電圧又は電流が注入され、又はＳＱＵＩＤ出力が取
り出される。モニタ用信号源３及びモニタ用抵抗Ｒから
の電流は、切換スイッチ１で切り換えられ、各バイアス
コイルＬi に独立してバイアス磁束用電流を供給するこ
とができる。また、図示はされていないが、各ｄｃＳＱ
ＵＩＤＳ1 〜Ｓn はシャント抵抗でシャントされてい
る。
に設けられたジョセフソン接合である。各バイアスコイ
ルＬ1 〜Ｌn は、各ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn の近傍に
配置されている。１個のｄｃＳＱＵＩＤＳi と１個のバ
イアスコイルＬi とを結合する相互インダクタンス（結
合容量）はＭt となっている。このバイアスコイルＬ1
〜Ｌn の一端は電流調整用抵抗Ｒt1〜Ｒtnの一端に接続
され、バイアスコイルＬ1 〜Ｌn の他端は接地されてい
る。バイアス磁束用電源２は、電圧値Ｖb を有し、上記
のバイアスコイルＬ1 〜Ｌn のバイアス磁束供給用の電
源である。モニタ用信号源３は、電圧値Ｖs を有し、可
変振幅特性を持つ電流源であり、上記のバイアスコイル
のバイアス磁束を調整する。入出力端子Ｔ1 ，Ｔ2 に
は、電圧又は電流が注入され、又はＳＱＵＩＤ出力が取
り出される。モニタ用信号源３及びモニタ用抵抗Ｒから
の電流は、切換スイッチ１で切り換えられ、各バイアス
コイルＬi に独立してバイアス磁束用電流を供給するこ
とができる。また、図示はされていないが、各ｄｃＳＱ
ＵＩＤＳ1 〜Ｓn はシャント抵抗でシャントされてい
る。
【００１１】次に、本実施例のＳＱＵＩＤアレイの位相
調整装置１００の動作について説明する。まず、上記の
ように、ｎ個のｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn を直列に接続
してＳＱＵＩＤアレイＡを構成することにより、このＳ
ＱＵＩＤアレイＡの出力電圧は、各ｄｃＳＱＵＩＤの位
相が一致していれば、ｄｃＳＱＵＩＤの個数ｎに比例し
て増大し、ｎ倍となる。
調整装置１００の動作について説明する。まず、上記の
ように、ｎ個のｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn を直列に接続
してＳＱＵＩＤアレイＡを構成することにより、このＳ
ＱＵＩＤアレイＡの出力電圧は、各ｄｃＳＱＵＩＤの位
相が一致していれば、ｄｃＳＱＵＩＤの個数ｎに比例し
て増大し、ｎ倍となる。
【００１２】しかし、浮遊インダクタンスやトラップ磁
束が、個々のｄｃＳＱＵＩＤリングに個別に侵入するた
め、ＳＱＵＩＤの入力磁束と出力電圧との関係は、例え
ば負帰還をかけた場合には、図２に示すようになり、Ｓ
ＱＵＩＤアレイを構成する各ＳＱＵＩＤごとにそれぞれ
ズレを生じる。したがって、ＳＱＵＩＤアレイＡの出力
電圧振幅は、各ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn の出力電圧の
単純加算値ではない。この場合、図２に示す各ＳＱＵＩ
Ｄの出力電圧を各々独立に移相することができれば、Ｓ
ＱＵＩＤアレイＡの出力電圧を各ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜
Ｓn の出力電圧の加算値とすることができる。
束が、個々のｄｃＳＱＵＩＤリングに個別に侵入するた
め、ＳＱＵＩＤの入力磁束と出力電圧との関係は、例え
ば負帰還をかけた場合には、図２に示すようになり、Ｓ
ＱＵＩＤアレイを構成する各ＳＱＵＩＤごとにそれぞれ
ズレを生じる。したがって、ＳＱＵＩＤアレイＡの出力
電圧振幅は、各ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn の出力電圧の
単純加算値ではない。この場合、図２に示す各ＳＱＵＩ
Ｄの出力電圧を各々独立に移相することができれば、Ｓ
ＱＵＩＤアレイＡの出力電圧を各ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜
Ｓn の出力電圧の加算値とすることができる。
【００１３】図１に示すＳＱＵＩＤアレイの移相調整装
置１００では、まず、入出力Ｔ1 ，Ｔ2 に適当なバイア
ス電流が加えられる。その状態で、切換スイッチ１をい
ずれかに切り換えると、モニタ用信号源３及びモニタ用
抵抗Ｒから、正弦波や三角波等の可変電流信号が、切換
スイッチ１により切り換えられたバイアスコイルＬiに
出力される。この可変電流によるバイアス磁束の振幅の
中心点は、下式 Ｍt ×（Ｖs ／Ｒ）≦φ0 ／２ ………（１） の条件を満たす必要がある。
置１００では、まず、入出力Ｔ1 ，Ｔ2 に適当なバイア
ス電流が加えられる。その状態で、切換スイッチ１をい
ずれかに切り換えると、モニタ用信号源３及びモニタ用
抵抗Ｒから、正弦波や三角波等の可変電流信号が、切換
スイッチ１により切り換えられたバイアスコイルＬiに
出力される。この可変電流によるバイアス磁束の振幅の
中心点は、下式 Ｍt ×（Ｖs ／Ｒ）≦φ0 ／２ ………（１） の条件を満たす必要がある。
【００１４】上式（１）の条件式を満たすようにすれ
ば、上式（１）中、Ｖs ／Ｒは、可変電流のＤＣ成分
（可変電流の振幅の中心点）を示しているから、上式
（１）は、バイアス磁束の振幅の中心点がφ0 ／２以下
の磁束範囲となるように制御することを意味している。
このようにするのは、ＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧
変換曲線における線形動作範囲は、通常（ＳＱＵＩＤア
レイに負帰還をかけない場合）は、ＳＱＵＩＤの入力磁
束−出力電圧変換曲線上の傾斜部における単位磁束量子
φ0 の１／２以下の範囲となるから、バイアス磁束注入
位置がＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧変換曲線上の線
形動作範囲を越えると、高周波が発生する等の悪影響が
生じるからである。しかし、ＳＱＵＩＤアレイＡの出力
電流を、負帰還電流として負帰還コイル（図示せず）に
供給し、負帰還コイルから各ｄｃＳＱＵＩＤＳi 又はＳ
ＱＵＩＤの数個のグループごとに負帰還磁束をフィード
バックさせると、ＳＱＵＩＤアレイＡの磁束の線形範囲
は、ＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧変換曲線上の傾斜
部において単位磁束量子φ0 未満の範囲まで拡大可能で
あるから、ＳＱＵＩＤアレイに負帰還をかけた場合に
は、上式（１）の等号を不等号とし、上式（１）の右辺
をφ0 としてもよい。
ば、上式（１）中、Ｖs ／Ｒは、可変電流のＤＣ成分
（可変電流の振幅の中心点）を示しているから、上式
（１）は、バイアス磁束の振幅の中心点がφ0 ／２以下
の磁束範囲となるように制御することを意味している。
このようにするのは、ＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧
変換曲線における線形動作範囲は、通常（ＳＱＵＩＤア
レイに負帰還をかけない場合）は、ＳＱＵＩＤの入力磁
束−出力電圧変換曲線上の傾斜部における単位磁束量子
φ0 の１／２以下の範囲となるから、バイアス磁束注入
位置がＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧変換曲線上の線
形動作範囲を越えると、高周波が発生する等の悪影響が
生じるからである。しかし、ＳＱＵＩＤアレイＡの出力
電流を、負帰還電流として負帰還コイル（図示せず）に
供給し、負帰還コイルから各ｄｃＳＱＵＩＤＳi 又はＳ
ＱＵＩＤの数個のグループごとに負帰還磁束をフィード
バックさせると、ＳＱＵＩＤアレイＡの磁束の線形範囲
は、ＳＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧変換曲線上の傾斜
部において単位磁束量子φ0 未満の範囲まで拡大可能で
あるから、ＳＱＵＩＤアレイに負帰還をかけた場合に
は、上式（１）の等号を不等号とし、上式（１）の右辺
をφ0 としてもよい。
【００１５】この場合に、上記の入出力端子Ｔ1 ，Ｔ2
からのバイアス電流と、モニタ用信号源３及びモニタ用
抵抗Ｒからの交流波のモニタ電流信号、及び電流調整用
抵抗Ｒtiにより、バイアスコイルＬi から対応するｄｃ
ＳＱＵＩＤＳi にバイアス磁束が与えられる。このとき
のｄｃＳＱＵＩＤＳi の出力を観測すると、図２に示す
ように、付加されるバイアス磁束が、このｄｃＳＱＵＩ
ＤＳi の入力磁束−出力電圧曲線上の傾斜の中心Ｐにき
たときに、そのｄｃＳＱＵＩＤの出力電圧の振幅が最大
となり、かつ歪みが最小になる。したがって、各ｄｃＳ
ＱＵＩＤＳi の出力電圧を入出力端子Ｔ1 ，Ｔ2 でモニ
タしながら、ｄｃＳＱＵＩＤＳi の出力電圧が最大にな
るように対応する電流調整用抵抗Ｒtiを調整し、この調
整をＳＱＵＩＤアレイＡ内の全てのｄｃＳＱＵＩＤＳ1
〜Ｓn について行えば、ＳＱＵＩＤアレイＡ内の全ての
ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn の位相をすべて一致させるこ
とができる。上記の電流調整用抵抗Ｒt1〜Ｒtnは電流調
整手段に相当している。
からのバイアス電流と、モニタ用信号源３及びモニタ用
抵抗Ｒからの交流波のモニタ電流信号、及び電流調整用
抵抗Ｒtiにより、バイアスコイルＬi から対応するｄｃ
ＳＱＵＩＤＳi にバイアス磁束が与えられる。このとき
のｄｃＳＱＵＩＤＳi の出力を観測すると、図２に示す
ように、付加されるバイアス磁束が、このｄｃＳＱＵＩ
ＤＳi の入力磁束−出力電圧曲線上の傾斜の中心Ｐにき
たときに、そのｄｃＳＱＵＩＤの出力電圧の振幅が最大
となり、かつ歪みが最小になる。したがって、各ｄｃＳ
ＱＵＩＤＳi の出力電圧を入出力端子Ｔ1 ，Ｔ2 でモニ
タしながら、ｄｃＳＱＵＩＤＳi の出力電圧が最大にな
るように対応する電流調整用抵抗Ｒtiを調整し、この調
整をＳＱＵＩＤアレイＡ内の全てのｄｃＳＱＵＩＤＳ1
〜Ｓn について行えば、ＳＱＵＩＤアレイＡ内の全ての
ｄｃＳＱＵＩＤＳ1 〜Ｓn の位相をすべて一致させるこ
とができる。上記の電流調整用抵抗Ｒt1〜Ｒtnは電流調
整手段に相当している。
【００１６】上記において、個々のＳＱＵＩＤごとに電
流調整用抵抗Ｒtiを調整するのではなく、隣接する数個
のＳＱＵＩＤを１つのグループとして、各ＳＱＵＩＤグ
ループごとにバイアスコイルと電流調整用抵抗を設け、
グループごとに調整してもよい。隣接する数個のＳＱＵ
ＩＤは、離れたＳＱＵＩＤよりも位相の相関性が強いた
め、このようにＳＱＵＩＤの数個のグループごとにバイ
アス磁束を調整しても、図１に示す装置と同様の効果
（各ＳＱＵＩＤの位相合致）を得ることができる。
流調整用抵抗Ｒtiを調整するのではなく、隣接する数個
のＳＱＵＩＤを１つのグループとして、各ＳＱＵＩＤグ
ループごとにバイアスコイルと電流調整用抵抗を設け、
グループごとに調整してもよい。隣接する数個のＳＱＵ
ＩＤは、離れたＳＱＵＩＤよりも位相の相関性が強いた
め、このようにＳＱＵＩＤの数個のグループごとにバイ
アス磁束を調整しても、図１に示す装置と同様の効果
（各ＳＱＵＩＤの位相合致）を得ることができる。
【００１７】したがって、まず、ＳＱＵＩＤアレイ内の
ｄｃＳＱＵＩＤＳi に対して、ＳＱＵＩＤの入力磁束−
出力電圧変換曲線上のバイアス磁束注入位置を試行錯誤
的に変化させ、ＳＱＵＩＤ出力に高周波成分等が混入し
ない状態となった後に、上記と同様の操作により、ＳＱ
ＵＩＤアレイ内の全てのｄｃＳＱＵＩＤの位相を一致さ
せるような制御プログラムとすれば、ＳＱＵＩＤアレイ
の全てのｄｃＳＱＵＩＤの位相調整を自動的に行うこと
ができる。
ｄｃＳＱＵＩＤＳi に対して、ＳＱＵＩＤの入力磁束−
出力電圧変換曲線上のバイアス磁束注入位置を試行錯誤
的に変化させ、ＳＱＵＩＤ出力に高周波成分等が混入し
ない状態となった後に、上記と同様の操作により、ＳＱ
ＵＩＤアレイ内の全てのｄｃＳＱＵＩＤの位相を一致さ
せるような制御プログラムとすれば、ＳＱＵＩＤアレイ
の全てのｄｃＳＱＵＩＤの位相調整を自動的に行うこと
ができる。
【００１８】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。
【００１９】例えば、上記実施例においては、直列に接
続された複数のＳＱＵＩＤアレイを複数個並列に接続し
てマトリクス状に構成した例について説明したが、本発
明はこれには限定されず、このマトリクス状ＳＱＵＩＤ
構造を複数個直列に接続して用いてもよい。
続された複数のＳＱＵＩＤアレイを複数個並列に接続し
てマトリクス状に構成した例について説明したが、本発
明はこれには限定されず、このマトリクス状ＳＱＵＩＤ
構造を複数個直列に接続して用いてもよい。
【００２０】また、上記実施例においては、バイアスコ
イルの一端には電流調整用抵抗Ｒtiを介してバイアス磁
束用電源２に共通接続され、バイアスコイルの他端は共
通して接地される例について説明したが、本発明はこれ
には限定されず、各バイアスコイルの一端には電流調整
用抵抗Ｒtiを介して個別のバイアス磁束用電源が接続さ
れ、バイアスコイルの他端が個別に接地されるように
し、各ＳＱＵＩＤにバイアス磁束を与える回路が各々分
離されていてもよい。
イルの一端には電流調整用抵抗Ｒtiを介してバイアス磁
束用電源２に共通接続され、バイアスコイルの他端は共
通して接地される例について説明したが、本発明はこれ
には限定されず、各バイアスコイルの一端には電流調整
用抵抗Ｒtiを介して個別のバイアス磁束用電源が接続さ
れ、バイアスコイルの他端が個別に接地されるように
し、各ＳＱＵＩＤにバイアス磁束を与える回路が各々分
離されていてもよい。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、上記構成を有する
請求項１記載の発明に係るＳＱＵＩＤアレイの位相調整
装置によれば、電流調整手段により、ＳＱＵＩＤアレイ
の単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごと
の出力電圧が全て最大となるように調整された場合に
は、各コイルから単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃ
ＳＱＵＩＤに付加されるバイアス磁束は、全てのｄｃＳ
ＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧曲線上の傾斜の中心にく
る。したがって、全てのｄｃＳＱＵＩＤの位相は一致す
る。また、上記構成を有する請求項２記載の発明に係る
ＳＱＵＩＤアレイの位相調整装置によれば、付加される
バイアス磁束の振幅の中心位置は、ＳＱＵＩＤアレイの
単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごとの
入力磁束−出力電圧変換曲線上の傾斜部においてφ0 ／
２（φ0 ：単位磁束量子）以下の磁束範囲となる。この
磁束範囲はＳＱＵＩＤが線形動作する範囲のうち最も狭
い範囲と同じであるので、ＳＱＵＩＤが線形動作範囲か
らはずれることがなく、ＳＱＵＩＤ出力に悪影響等を与
えることはない。
請求項１記載の発明に係るＳＱＵＩＤアレイの位相調整
装置によれば、電流調整手段により、ＳＱＵＩＤアレイ
の単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごと
の出力電圧が全て最大となるように調整された場合に
は、各コイルから単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃ
ＳＱＵＩＤに付加されるバイアス磁束は、全てのｄｃＳ
ＱＵＩＤの入力磁束−出力電圧曲線上の傾斜の中心にく
る。したがって、全てのｄｃＳＱＵＩＤの位相は一致す
る。また、上記構成を有する請求項２記載の発明に係る
ＳＱＵＩＤアレイの位相調整装置によれば、付加される
バイアス磁束の振幅の中心位置は、ＳＱＵＩＤアレイの
単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤごとの
入力磁束−出力電圧変換曲線上の傾斜部においてφ0 ／
２（φ0 ：単位磁束量子）以下の磁束範囲となる。この
磁束範囲はＳＱＵＩＤが線形動作する範囲のうち最も狭
い範囲と同じであるので、ＳＱＵＩＤが線形動作範囲か
らはずれることがなく、ＳＱＵＩＤ出力に悪影響等を与
えることはない。
【図１】本発明に係る一実施例であるＳＱＵＩＤアレイ
の位相調整装置の構成を示す回路図である。
の位相調整装置の構成を示す回路図である。
【図２】位相が一致しないＳＱＵＩＤによるＳＱＵＩＤ
アレイの出力電圧特性を示す図である。
アレイの出力電圧特性を示す図である。
１ 切換スイッチ ２ バイアス磁束用電源 ３ モニタ用信号源 Ａ ＳＱＵＩＤアレイ Ｊ1 ，Ｊ2 ジョセフソン接合 Ｌ1 〜Ｌn バイアスコイル Ｍt 相互インダクタンス Ｒ モニタ用抵抗 Ｒt1〜Ｒtn 電流調整用抵抗 Ｓ1 〜Ｓn ｄｃＳＱＵＩＤ Ｔ1 ，Ｔ2 入出力端子 １００ ＳＱＵＩＤ磁束計
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 賀戸 久 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 (56)参考文献 特開 昭61−284679（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−68834（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 ｎ個（ｎ：ｎ≧２なる正の整数）のｄｃ
ＳＱＵＩＤが直列に接続されたＳＱＵＩＤアレイの各ｄ
ｃＳＱＵＩＤの位相を調整するＳＱＵＩＤアレイの位相
調整装置であって、 前記ＳＱＵＩＤアレイの単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個
のｄｃＳＱＵＩＤごとに設けられたコイルと、 前記各コイルに独立して可変電流を供給する電流源と、 前記可変電流の値を前記各コイルごとに調整可能な電流
調整手段と、を備え、 前記ＳＱＵＩＤアレイの単一ｄｃＳＱＵＩＤ又は複数個
のｄｃＳＱＵＩＤごとの出力電圧が全て最大となるよう
に前記電流調整手段が調整されることを特徴とするＳＱ
ＵＩＤアレイの位相調整装置。 - 【請求項２】 前記コイルから前記単一ｄｃＳＱＵＩＤ
又は複数個のｄｃＳＱＵＩＤに付加されるバイアス磁束
は、±φ0 ／４（φ0 ：単位磁束量子）以下の磁束振幅
であることを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤアレ
イの位相調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7047795A JP2855184B2 (ja) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Ｓｑｕｉｄアレイの位相調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7047795A JP2855184B2 (ja) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Ｓｑｕｉｄアレイの位相調整装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08240650A JPH08240650A (ja) | 1996-09-17 |
| JP2855184B2 true JP2855184B2 (ja) | 1999-02-10 |
Family
ID=13432653
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7047795A Expired - Lifetime JP2855184B2 (ja) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Ｓｑｕｉｄアレイの位相調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2855184B2 (ja) |
-
1995
- 1995-03-06 JP JP7047795A patent/JP2855184B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08240650A (ja) | 1996-09-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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| R370 | Written measure of declining of transfer procedure |
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