KR0164088B1 - 사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤의 생성방법 - Google Patents

사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤의 생성방법 Download PDF

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    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/508—Pulse generation, e.g. generation of solitons

Abstract

본 발명은 광통신에서 사용되는 솔리톤을 발생시키는 방법에 관한 것으로 특히, 조셉슨 접합을 이용한 사다리형 초전도 배열을 형성하는 제1과정과; 상기 과정에서 형성된 사다리형 초전도 배열에 자기장을 걸어 일정한 양의 소용돌이를 생성하는 제2과정과; 상기 제2과정에서 생성된 소용돌이가 자기장이 없이도 안정화 되도록 외부전류를 상기 제1과정에서 형성된 사다리형 초전도 배열에 유입시키는 제3과정과; 상기 제3과정에서 유입되는 외부전류에 의한 소용돌이의 운동으로 전압 솔리톤이 생성되는 제4과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤의 생성방법을 제공하면, 생성된 전압 솔리톤이 국소화되어 있으며 전압 솔리톤의 속도와 크기는 외부전류의 세기에 의해 조절할 수 있다는 효과가 있다.

Description

사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤의 생성방법
제1도는 조셉슨 접합을 보여주는 도면.
제2도는 사다리형 초전도 배열을 보여주는 도면.
제3도 (a)와 (b)는 각각 소용돌이와 반소용돌이를 보여주는 도면.
제4도 (a)와 (b)는 쩔쩔맴(frustration;f)값에 따른 소용돌이 밀도 ω(f).
제5도는 사다리형 초전도 배열의 전류(I)-전압(Vav)특성표.
제6도는 I=0.9Ic 일때 사다리형 초전도 배열에서 소용돌이와 전압 솔리톤의 운동을 보여주는 도면.
제7도는 I=1.01Ic 일때 사다리형 초전도 배열에서 소용돌이와 반소용돌이 짝과 전압 솔리톤-반솔리톤 짝의 생성과 소멸을 보여주는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
S : 초전도체 N : 정상 금속
× : 조셉슨 접합 ● : 초전도 금속
→ : 외부전류의 방향, 초전류의 방향 ◇ : 소용돌이와 반소용돌이
실선 : 전압강하
본 발명은 광통신에서 사용되는 솔리톤을 발생시키는 방법에 관한 것으로 특히, 사다리형 초전도 배열을 이용하여 안정적인 전압 솔리톤을 생성하는 방법에 관한 것이다.
종래의 솔리톤 생성방법에 따른 솔리톤이 각 신호의 간섭성이 독립적이지 않았기에 광통신의 정확성이 떨어진다는 문제점과 생성된 솔리톤의 신호 세기를 조정하기 어렵다는 문제점이 발생되었다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 신호간의 간섭성이 매우 독립적인 전압 솔리톤 신호를 얻기 위해 사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤을 생성하는 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 광통신에서 사용되는 전압 솔리톤의 생성 방법에 있어서, 조셉슨 접합을 이용한 사다리형 초전도 배열을 형성하는 제1과정과; 상기 과정에서 형성된 사다리형 초전도 배열에 자기장을 걸어 일정한 양의 소용돌이를 생성하는 제2과정과; 상기 제2과정에서 생성된 소용돌이가 자기장이 없이도 안정화 되도록 외부전류를 상기 제1과정에서 형성된 사다리형 초전도 배열에 유입시키는 제3과정과; 상기 제3과정에서 유입되는 외부전류에 의한 소용돌이의 운동으로 전압 솔리톤이 생성되는 제4과정을 포함하는데 있다.
우선적으로, 사다리형 초전도 배열에 대하여 살펴보면, 초전도체와 정상 금속의 접합으로 이루어진 조셉슨 접합을 사다리형으로 배열한 것을 말한다.
또한, 상기 조셉슨 접합이란 조셉슨 효과를 얻기위한 소자의 구성을 칭하는 것으로, 두개의 초전도체를 수 nm의 거리간격을 유지시켜 놓으면, 초전도체 간에 접합이 이루어지지 않더라도, 전류의 흐름이 존재하게 되는데 이때의 저항치는 제로(Zero)이다.
그러므로, 전압이 발생되지 않으며, 전압발생이 없는 상황에서 흐를 수 있는 전류의 상한 입계치이상 전류가 도통하는 경우에 전압이 발생되는데 이를 조셉슨 효과라고 한다.
상기와 같은 조셉슨 접합의 개념을 첨부한 제1도에 도시하였다.
즉 조셉슨 접합을 이루는 소자는 상기 제1도에 도시되어 있는 바와같이, 두개이 초전도체(S)가 얇은 정상금속(N)으로 접속되어 있는 상태이다.
또한, 첨부한 도면중 제2도는 상기 제1도에 도시되어 있는 조셉슨 소자를 복수개 사용한 사다리형 초전도 배열을 나타내었다. 상기 사다리형 초전도 배열을 설명하기에 앞서, 하나의 조셉슨 접합에 흐르는 초전류는 조셉슨 관계식에 의하여 각 초전도체의 초전도 질서도의 위상차의 sine함수로 표현할 수 있는데, 초전류 Is는 다음의 식(1)과 같다.
여기서 Ic는 임계전류를 나타내는 양으로 초전도체의 성질에 의존하는 양이다.
또한,과는 각 초전도체의 초전도 질서도의 위상을 나타낸다.
상기 식(1)에 의하여 상기 조셉슨 접합의 양단에 걸리는 전압 V는 조셉슨 교류 관계식에 의하여 다음의 식(2)와 같이 주어진다.
여기서 h는 플랑크 상수, e는 전자의 전하량의 크기, 그리고 t는 시간을 나타낸다.
또한, 이 조셉슨 접합에 갈래저항 R이 있는 경우, 갈래저항에 흐르는 전류는로 주어진다.
그러므로 하나의 조셉슨 접합에 전류 I가 흐르는 경우 다음의 식(3)과 같이 나타낼 수 있다.
시간 단위를로 잡고 전류의 단위를 Ic로 잡으면 상기 식(3)은 다음의 식(4)와 같이 표현할 수 있다.
위의 하나의 조셉슨 접합에 대한 운동 방정식을 상기 제2도에 나타낸 사다리형 초전도 배열에 적용하면 다음의 식(5)와 같은 운동방정식을 얻을 수 있다.
여기서는 각각 n번째 열의 오른쪽과 왼쪽에 있는 초전도체의 초전도 질서도의 위상을 나타낸다.
외부 전류 I가 없는 경우 상기 식(5)로 표현되는 운동 방정식은 평형상태에서 다음의 식(6)과 같이 에너지함수를 최소화하는 상태를 나타낸다.
또한, 자기장이 사다리형 초전도 배열에 수직으로 걸리는 경우 상기 식(6)의 에너지 함수는 다음의 식(7)과 같이 바뀐다.
여기서,이고,은 양자 자기선속이며,는 사다리형 초전도 배열의 한 단위 면을 통과하는 자기선속이라고 가정하면, 상기가까운 값일 때 초전류의 순환에 의해 제3도와 같은 소용돌이와 반소용돌이가 평형상태에서 존재하게 된다.
이때, 소용돌이 밀도 ω는 상기 f값에 따라 제4도와 같이 변화하게 된다.
보다 작은 값일 때에는 소용돌이가 존재하지 않으나보다 큰 경우에는 제3도와 같이 밀도가 계단 모양의 특성을 갖는 소용돌이가 존재하게 된다.
이 경우 외부전류가 존재하면 소용돌이가 움직이게 되는데 그 움직임에 의하여 전압강하가 생기게 된다.
자기장이 존재하지 않는 경우에도 초기에 존재한 소용돌이가 IIv=0.5Ic인 외부전류에 의해 안정화되어 소멸되지 않고 남아있게 된다.
남아있는 소용돌이의 운동에 의하여 생긴 전압강하를 제5도에 나타내었다.
I가 Iv보다 작은 경우에는 초기에 존재한 소용돌이가 모두 소멸되어 전압강하가 생기지 않으나 I가 Iv보다 큰 경우에는 초기에 존재한 소용돌이가 안정화되어 소용돌이의 운동에 의해 전압강하가 생긴다. I가 Ic보다 큰 경우에는 전압강하가 급격히 증가하게 된다.
제6도에 I가 0.9Ic일때 소용돌이의 운동을 나타내었다.
이때, 상기 제5도에서 볼수 있듯이 전압강하는 소용돌이가 있는 위치에 국소화되어 있다.
즉, 전압 솔리톤의 형태로 전압강하가 생긴다는 것을 알수 있듯이 I가 Ic보다 큰 경우에는 소용돌이-반소용돌이 짝의 생성과 소멸이 일어나 전압 솔리톤-반솔리톤 짝의 생성과 소멸이 일어난다는 것을 알 수 있다.
위의 고찰로부터 사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤을 생성하는 방법을 알수 있다.
즉, 초기에 외부전류를 흘리지 않고 자기장을 걸어 일정한 양의 소용돌이를 생성시킨 뒤 외부전류를 증가시키면서 자기장을 없애면 Iv와 Ic사이의 외부전류에 대하여 소용돌이가 안정화되고 소용돌이의 운동에 의하여 전압 솔리톤이 생성된다는 것을 알 수 있다.
이렇게 생긴 전압 솔리톤은 국소화되어 있으며 전압 솔리톤의 속도와 크기는 외부전류의 세기에 의해 조절할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 전압 솔리톤의 생성 방법에 있어서, 조셉슨 접합을 이용한 사다리형 초전도 배열을 형성하는 제1과정과; 상기 과정에서 형성된 사다리형 초전도 배열에 자기장을 걸어 일정한 양의 소용돌이를 생성하는 제2과정과; 상기 제2과정에서 생성된 소용돌이가 자기장이 없이도 안정화 되도록 외부전류를 상기 제1과정에서 형성된 사다리형 초전도 배열에 유입시키는 제3과정과; 상기 제3과정에서 유입되는 외부전류에 의한 소용돌이의 운동으로 전압 솔리톤이 생성되는 제4과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤의 생성방법.
  2. 1항에 있어서, 상부 외부전류의 세기를 조절하여 상기 제4과정에서 전압 솔리톤의 속도와 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤의 생성방법.
KR1019950051467A 1995-12-18 1995-12-18 사다리형 초전도 배열을 이용한 전압 솔리톤의 생성방법 KR0164088B1 (ko)

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