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Traveling-wave-type superconducting parametric amplifier using artificial periodic transmission line in the microwave range

Research Project

Project/Area Number 20K04598
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
Research InstitutionShizuoka University

Principal Investigator

Takeda Masanori  静岡大学, 工学部, 准教授 (80470061)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords超伝導 / パラメトリック増幅 / カイネティックインダクタンス / 周期構造線路 / NbTiN薄膜 / パラメトリック増幅器 / 超伝導パラメトリック増幅器 / Fishbone型超伝導伝送線路 / メアンダ構造 / 人工周期構造線路
Outline of Research at the Start

超伝導伝送線路のカイネティックインダクタンス非線形性を利用する進行波型超伝導パラメトリック増幅器はマイクロ波帯で極低雑音・高利得・広帯域・極低消費電力で動作可能であり,そのような理想的な増幅器性能を有するマイクロ波増幅器は電波天文学や量子情報計測の分野で注目されている.本研究では,実効波長を自在に設計できる人工周期構造線路及びそのメアンダ構造を開発し,超伝導パラメトリック増幅器の大幅な小型化を実現する.また,超伝導薄膜の結晶性を向上することにより増幅器の高温動作を目標とする.

Outline of Final Research Achievements

We have studied a microwave-band traveling-wave superconducting parametric amplifier using a Fishbone-type superconducting transmission line (FTTL) with periodically arranged stubs. We established an analysis method for FTTL and showed that the characteristic impedance and effective wavelength can be varied by changing the stub length. In addition, it was shown that a hybrid FTTL line using CPW in the bending part is useful as a meander structure of FTTL. A gain analysis of FTTL-type superconducting parametric amplifier was performed, and it was shown that the same gain performance as that of conventional CPW-type superconducting parametric amplifier can be obtained with a line length of about 1/3 by using FTTL.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

進行波型超伝導パラメトリック増幅器はマイクロ波帯において極低消費電力かつ広帯域動作可能な冷却低雑音増幅器であり,電波天文観測や量子計測分野への応用が期待されている.この増幅器は単なる超伝導伝送線路であり構造は単純であるが,高利得を得るためには線路長を非常に長くする必要があり作製が困難であった.本研究では,周期構造線路であるFishbone超伝導伝送線路を用いることで,従来の増幅器よりも作製が容易かつ小型にできることを示した.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Development of Superconducting Devices Supporting Radio Astronomy2021

    • Author(s)
      UZAWA Yoshinori、KROUG Matthias、KOJIMA Takafumi、TAKEDA Masanori、MAKISE Kazumasa、EZAKI Shohei、SHAN Wenlei、MIYACHI Akihira、FUJII Yasunori、TERAI Hirotaka
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Electronics

      Volume: E104.C Issue: 9 Pages: 411-421

    • DOI

      10.1587/transele.2020SUI0003

    • NAID

      130008082177

    • ISSN
      0916-8524, 1745-1353
    • Year and Date
      2021-09-01
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 超伝導共振器を利用した窒化ニオブチタン薄膜のカイネティックインダクタンス評価2021

    • Author(s)
      小松源、武田正典、寺井弘高
    • Journal Title

      日本赤外線学会誌

      Volume: 30 Pages: 43-48

    • NAID

      40022492614

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transmission properties of fishbone-type superconducting transmission lines2020

    • Author(s)
      K. Nakagawa, M. Takeda, A. Saito, H. Terai
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: 11 Pages: 110904-110904

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abbf65

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 力学的インダクタンス進行波型パラメトリック増幅器に向けた窒化ニオブチタン薄膜の評価2022

    • Author(s)
      沓間弘樹、C.W. Sandbo Chang、武田正典、寺井弘高、浦出芳郎、玉手修平、竹田悠大河、中村泰信
    • Organizer
      日本物理学会2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導力学インダクタンス進行波型パラメトリック増幅器の有限温度マイクロ波表面抵抗を考慮した利得解析2022

    • Author(s)
      加藤光一、武田正典、寺井弘高、沓間弘樹、C.W. Sandbo Chang, 中村泰信
    • Organizer
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導力学インダクタンス進行波型パラメトリック増幅器の温度4K動作に向けた検討2022

    • Author(s)
      加藤光一、武田正典、寺井弘高、沓間弘樹、C.W. Sandbo、中村泰信
    • Organizer
      第31回日本赤外線学会研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 超伝導力学インダクタンス検出器に用いる超伝導共振器の寸法に関する検討2022

    • Author(s)
      里脇彰斗、武田正典
    • Organizer
      第31回日本赤外線学会研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Design and Fabrication of Microwave Transmitting Antenna Using HTS Thick Disk for Wireless Power Transfer2021

    • Author(s)
      A. Saito, F. Shimada, T. Sato, K. Kiyooka, M. Shibata, S. Ono, M. Takeda, Y. Narita, K. Nakajima
    • Organizer
      The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] メアンダ構造を有するFishbone型超伝導伝送線路の共振器特性2021

    • Author(s)
      大鶴宏希、中川洸希、齊藤敦、寺井弘高、武田正典
    • Organizer
      日本赤外線学会第30回研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] モード解析法を用いた進行波型超伝導パラメトリック増幅器の利得計算2021

    • Author(s)
      池野芳、武田正典
    • Organizer
      日本赤外線学会第30回研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 超伝導Fishbone型伝送線路のメアンダ化に関する検討2021

    • Author(s)
      大鶴宏希、中川洸希、齊藤敦、寺井弘高、武田正典
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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