Способ неразрушающего измерения свч-параметров сверхпроводника и датчик для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике СВЧ. Цель изобретения - повышение чувствительности и обеспечение измерений плотности критического тока сверхпроводника в широком диапазоне частот . Способ неразрушающего изменения СВЧ-параметров сверхпроводника включает воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты fi мощностью PI и прием обращенного сигнала, дополнительное воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты fa мощностью Р2 « Pi, при этом сигнал частоты fi модулируют по амплитуде с частотой fa, мощность сигнала частоты ft плавно увеличивают до момента появления в отраженном сигнале составляющей на частоте модуляции fa, измеряют мощность Pi° частоты fi, соответствующую этому моменту, и по измеренной мощности определяют плотность критического тока сверхпроводника по математическому выражению, связывающему искомый и измеренные величины. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕ,ПУБЛИК

Б.),, 1758529 А1 (sl)s G 01 N 22/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР Виа®ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° МФВерущ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4785480/09 (22) 23,01.90 (46) 30,08.92. Бюл. N 32 (71) Институт прикладной физики АН СССР (72) Ю.И.Кошуринов (56) Коноводченко В,А. и др. Исследование резистивного состояния пленочных сверхпроводников методом лазерного зонда, — Физика низких температур, 1986, т. 12, ¹ 5, с, 548.

Авторское свидетельство СССР

¹ 889966552244,, к л, 6 01 N 22/00, 1980. (54) СПОСОБ НЕРАЗРУША1ОЩЕГО ИЭМЕР Е Н ИЯ СВЧ-ПАРАМЕТРОВ СВ Е РХП РОВОДНИКА И ДАТЧИК ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике СВЧ. Цель изобретения — повышение чувствительности и обеспечение измерений плотности критического тока

Изобретение относится к измерительной

СВЧ-технике и может быть использовано для измерения электрических СВЧ-параметров, в том числе плотности критического тока, сверхпроводящих материалов в виде пленок, на локальных участках поверхности с размерами много меньшими длины волны

СВЧ-излучения, используемого для измерения.

Цель изобретения — повышение чувствительности и обеспечение измерений плотности критически тока сверхпровадника в широком диапазоне частот.

На фиг. 1 приведена конструкция датчика, реализующего споссб неразрушающего применения СВЧ-параметров сверхпроводника; на фиг. 2 — датчик с установленным сверхпроводником, разрез. сверхпроводника в широком диапазоне частот. Способ неразрушающего изменения

СВЧ-параметров сверхпроводника включает воздействие на исследуемый образец

СВЧ-сигналом частоты fi мощностью Р1 и прием обращенного сигнала, дополнительное воздействие на исследуемый образец СВЧ-сигналом частоты fz мощностью

Р2 «Р1, при этом сигнал частоты fi модулируют по амплитуде с частотой fg, мощность сигнала частоты fi плавно увеличивают до момента появления в отраженном сигнале составляющей на частоте модуляции fa, измеряют мощность Ð10 частоты fi, соответствующую этому моменту, и по измеренной мощности определяют плотность критического тока сверхпроводника по математическому выражению, связывающему искомый и измеренные величины. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Предлагаемый способ основан на измерении изменений коэффициента отражения устройства в зависимости от уровня мощности падающего на исследуемый образец СВЧ-излучения частоты fi путем модуляции с частотой fz амплитуды этого сигнала и последующего выделения в отраженном сигнале с частотой f2 составляющей на частоте модуляции 1э, что позволяет существенно повысить чувствительность измерений. В предлагаемом способе измерений модулятором сигнала на частоте fi является сама исследуемая среда, поэтому в модулированном сигнале на частоте 4 содержится информация о параметрах исследуемой среды.

Датчик для измерения СВЧ-параметров содержит отрезок 1 измерительный линии с

1758529

20

55 размерами много меньшими длины волны

СВЧ излучения, расположенный в окне металлиэации 2 диэлектоической пластины 3, при этом один конец bãðåçêà 1 измерительной линии подсоединен к металлизации 2 пластины 3, а другой — к трансформатору 4

СВ4-моды полосковой линии 5, расположенной на другой стороне диэлектрической пластины 3, сонаправленно с отрезком 1 измерительной линии, трансформатор 4, выполненный в виде расширяющейся полоски металлической фольги, одной иэ своих сторон образует гальванический контакт 6с полосковой линией 5, а углом 7, противолежащим этой стороне, подсоединен к отрезку 1 измерительной линии; на поверхности отрезка 1 измерительной линии и металлизацию 2 нанесена пленка 8диэлектрика. При наложении на поверхность устройства (на пленку 8 диэлектрика} исследуемого сверхпроводящего образца 9 (фиг. 2) отрезок 1 измерительной линии пленка 8 диэлектрика и поверхность сверхпроводящего образца 9 образуют отрезок несимметричной полосковой линии

10. для которой земляным проводником является сверхпроводящая поверхность образца 9. При. этом участки 11 и 12 металлизации 2, расположенные вблизи обоих концов отрезка 1 измерительной линии совместно с диэлекгрической пленкой 8 и поверхностью образца 9, лежащей над участками 11 и 12 металлизации, образуют два плоских конденсатора большой емкости.

Отрезок 1 измерительной линии с продольными и поперечными размерами много меньшими длины волны СВЧ излучения, расположенный в окне металлизации 2, может быть выполнен либо в виде полоски металла, либо в виде проводника круглого сечения. При этом поперечные размеры окна выбираются много больше поперечных размеров отрезка 1 для предотвращения возбуждения СВЧ моды щелевой линии между краями окна и отрезка 1, а продольные размеры окна выбираются порядка длины отрезка 1.

Трансформатор 4 СВЧ-моды, изготовленный в виде полоски металлической фольги с плавно меняющейся шириной по всей длине, расположен.в пазе диэлектрической пластины 3, выполненном со стороны полосКоВоА линии 5 вдоль ее оси в плоскости, перпендикулярной. пластине 3.

Способ неразрушающего измерения

СВЧ-параметров сверхпроводника осуществляют следующим образом.

Через полосковую линию 5 на устройство с установленным на нем исследуемым образцом 9 подают два СВЧ-сигнала с частотами

f1 и f2 и мощностью соответственно Р и Р, причем Р1» Рг. Сигнал частоты f> модулирован по амплитуде с частотой модуляции

fg. С помощью трансформатора 4 оба сигнала поступают на отрезок 1 измерительной линии, который вместе с поверхностью сверхпроводящего образца 9, расположенный над отрезком 1, и диэлектрической пленкой 8 между ними образуют отрезок несимметричной полосковой линии 10, для которой "земляным" проводником является сверхпроводящая поверхность образца 9 (см. фиг. 2). Поскольку каждый из участков

11, 12 металлизации 2, расположенных у концов отрезка 1, образует с поверхностью сверхпроводящего образца, расположенной над ним, плоский конденсатор большой емкости, то сопротивление этих конденсаторов на частотах СБЧ-излучения, в том числе на частотах f< и f2,оказывается много меньше волнового сопротивления f<> несим; метричной полосковой линии 10. При этом посредством емкости, образованной участком 11 металлизации, осуществляется короткое замыкание полосковой линии 10, а . посредством емкости, образованной участком 12, осуществляется связь отрезка полосковой линии 10 с трансформатором 4.

Таким образом, локальный участок поверхности исследуемого образца 9, расположенный над отрезком 1 измерительной линии, оказывается включенный в тракт полосковой линии 10, Такой способ включения образца 9 в тракт линии 10 исключает проникновение моды СВЧ-поля в диэлектрическую подложку образца в случае исследования пленочного сверхпроводника. и поэтому параметры линии 10 не зависят от материала подложки сверхпроводника. Поскольку длина отрезка 1 измерительной линии выбрана много меньше длин волн СВЧизлучения, в том числе излучения с частотами f и fz, то токи в емкостях, образованных участками металлизации 11 и 12, можно считать в каждый момент времени равными и противоположно направленными. Поэтому возбуждения поля этими токами в области диэлектрической пленки 8 между металлизацией 2 и сверхпроводящей поверхностью образца 9 не происходит, что позволяет при измерениях пренебречь величиной потерь на излучение.

Измерение критической плотности j

СВЧ-тока сверхпроводника 9 в локальной области, ограниченной размерами отрезка

1 измерительной линии, осуществляют, плавно увеличивая мощность Р> сигнала на частоте f> до момента появления в применяемом отраженном сигнале на частоте fz составляющей на частоте модуляции fg.

Регистрируют соответствующее этому мо1758529 о менту значение мощности Р1 сигнала частоты f> и по нему определяют плотность критического тока сверхпроводящего образца 9 из соотношения:

О

1+ ГР, 2о

)с где W — поперечный размер отрезка 1;

h — глубина проникновения СВЧ-токов в сверхпроводник, Формула изобретения

1. Способ нераэрушающего измерения

СВЧ-параметров сверхпроводника, включающий воздействие на исследуемый образец

СВЧ-сигналом частоты f мощностью Р1 и прием отраженного СВЧ-сигнала и измерение коэффициента отражения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности и обеспечения измерений плотности критического тока сверхпроводника в широком диапазоне частот, дополнительно на исследуемый образец воздействуют

СВЧ-сигналом частоты fz мощностью Р, Рг «Р1, при этом сигнал частоты f< модулируют по амплитуде с частотой модуляции fg, а отраженный сигнал принимают на частоте

f2, мощность сигнала частоты f1 плавно уве-, личивают до момента f> появления в 0Траженном сигнале составляющей на частоте модуляции 1з, регистрируют соответствующее этому моменту значение мощности P t сигнала частоты f<, по которой определяют критический ток сверхпроводника по зависимости, связывающей искомый параметр с измеренными.

2, Датчик для нераэрушающего измерения СВЧ-параметров сверхпроводника, со40 держащий входной узел, отрезок измерительной линии и выходной узел, о т л и ч а юшийся тем, что отрезок измерительной линии и входной узел выполнены а противоположных сторонах диэлектрической пластины, при этом отрезок измерительной линии выполнен в виде полоски металла или проводника круглого сечения с поперечными и продольными размерами, много меньшими длины волны СВЧ-излучения, и размещен в окне, выполненном в металлизации диэлектрической пластины, поперечные размеры которого много больше поперечных размеров отрезка измерительной линии, а продольные — порядка длины отрезка измерительной линии, при этом один конец отрезка измерительной линии подсоединен к металлизации диэлектрической пластины, а другой — через трансформатор СВЧ-моды подсоединен к входному узлу, выполненному в виде полосковой линии на противоположной стороне диэлектрической пластины, поверхность которой со стороны размещения отрезка измерительной линии покрыта диэлектрической пленкой, 3. Датчик по и. 2, о тл и ч а ю щи и с я тем, что трансформатор СВЧ-моды выполнен в виде полоски металлической фольги с плавно меняющейся шириной вдоль всей ее длины, которая расположена в пазе диэлектрической пластины, выполненном со стороны полосковой линии вдоль ее оси в плоскости, перпендикулярной диэлектрической пластине, при этом полоска металлической фольги подсоединена к полосковой линии одной из своих боковых сторон. а противолежащим ей углом — к отрезку измерительнойй линии.

Составитель P.Êóçíåöîâà

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор А.Козориз

Заказ 2995 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101