2020 Fiscal Year Research-status Report
Traveling-wave-type superconducting parametric amplifier using artificial periodic transmission line in the microwave range
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20K04598
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
武田 正典 静岡大学, 工学部, 准教授 (80470061)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 周期構造線路 / Fishbone型超伝導伝送線路 / メアンダ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，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に関するものである．特に，周期構造の超伝導伝送線路を適用することにより増幅器の小型化を目指すものである．令和2年度は周期構造線路であるFishbone型超伝導伝送線路の設計・解析手法の確立及びメアンダ構造による長尺化の検討を行った．
Fishbone型超伝導伝送線路はコプレーナ線路の中心導体にスタブを付加した構造であり，スタブの長さを変えることで特性インピーダンスや実効波長を変えることができる．Fishbone型超伝導伝送線路の等価回路モデルを用いて伝送線路のインダクタンス及びキャパシタンスの解析を行った．Fishbone型超伝導伝送線路による半波長共振器を作製し，共振周波数を測定したところ，解析から予測した値と良い一致を示した．また，コプレーナ線路（CPW）よりも実効波長を十分小さくできることを実験的に示した．さらに，共振器実験からFishbone型超伝導伝送線路の単位長さ当たりのカイネティックインダクタンスを評価した．
Fishbone型超伝導伝送線路のメアンダ構造に関しては，線路の曲げ部分にCPW線路を用いるFishbone-CPWハイブリッド線路とFishbone型超伝導伝送線路のスタブを片側のみにした非対称Fishbone型超伝導伝送線路の2種類を検討した．両者による半波長共振器を作製し共振器実験を行ったところ，非対称Fishbone型線路共振器の方がハイブリッド線路共振器よりも無負荷Q値が1桁悪く，放射損が大きいと結論付けている．ハイブリッド線路はFishbone型超伝導伝送線路と比較しても，伝送損失，実効波長ともに同程度であり，今後ハイブリッド線路を用いて進行波型超伝導パラメトリック増幅器の設計を進めていく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和2年度は，進行波型超伝導パラメトリック増幅器に用いる超伝導伝送線路を決定することを目的に，①周期構造Fishbone型超伝導伝送線路の設計・解析手法を確立し，②Fishbone型超伝導伝送線路の長尺化の検討を目標に挙げた．項目①に関しては，Fishbone型超伝導伝送線路の等価回路モデルを構築し，線路のカイネティックインダクタンスを含めた解析を可能にした．また，実験により測定した実効波長は解析結果と良く一致している．項目②に関しては，Fishbone-CPWハイブリッド線路と非対称Fishbone型線路の2種類のメアンダ構造を検討し，伝送損失が小さいハイブリッド線路を進行波型超伝導パラメトリック増幅器の超伝導伝送線路として適用することを決定した．以上の理由から順調に進展していると評価した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の方策として，令和3年度ではFishbone-CPWハイブリッド線路を用いた進行波型超伝導パラメトリック増幅器の設計及び利得の理論解析を行う．また令和3年度及び4年度にわたり，設計した進行波型超伝導パラメトリック増幅器を作製し，マイクロ波帯で利得や雑音など増幅器性能を測定する．実験系の整備を行うとともに，増幅器性能向上のためには伝送線路の細線化かつ均一化が重要であるため作製プロセス等の見直しなども随時行う予定である．
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| Causes of Carryover |
令和2年度末に本研究で用いる極低温冷凍機の保守を実施する計画を立てたが，コロナの影響もあり業者との日程調整が難航した。そのため令和3年度に冷凍機の保守を行い、「次年度使用額」をその保守費用に充てる。
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