用于直流量子小电压的测试探杆的制作方法

1.本发明涉及测试探杆技术领域，具体而言，涉及一种用于直流量子小电压的测试探杆。


背景技术：

2.测试探杆是超导电压标注中的重要组成部分，在测试过程中，测试探杆负责把超导电压从低温环境中通过低温连接引线引入到常温中进行测试。
3.以往用于直流量子电压的测试探杆驱动的约瑟夫森超导阵列结，仅仅可以实现较高电压(145μv～10v)的直流量子电压输出，无法实现较低电压(145μv以下)的电压输出。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种用于直流量子小电压的测试探杆，解决以往用于直流量子电压的测试探杆驱动的约瑟夫森超导阵列结无法实现较低电压输出的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种用于直流量子小电压的测试探杆，包括：
6.主体部，所述主体部包括相对设置的第一端和第二端；
7.第一微波转接头，所述第一微波转接头用于与微波源的输出接口连接，所述第一微波转接头设置于所述主体部的第一端；
8.第二微波转接头，所述第二微波转接头用于与超导阵列结的连接接口连接，所述第二微波转接头设置于所述主体部的第二端；以及
9.两根波导线，两根所述波导线均沿所述主体部的第一端至第二端的方向延伸，以用于传递两路不同的微波驱动信号，且各所述波导线的两端分别与所述第一微波转接头和所述第二微波转接头连接。
10.进一步地，所述第一微波转接头包括第一微波源接入口和第二微波源接入口，所述第二微波转接头包括第一超导阵列结接口和第二超导阵列结接口；
11.两根所述波导线分别为第一波导线和第二波导线，所述第一波导线连接在所述第一微波源接入口和所述第一超导阵列结接口之间，所述第二波导线连接在所述第二微波源接入口和所述第二超导阵列结接口之间。
12.进一步地，所述主体部包括：
13.连接杆，所述连接杆具有相对设置的第一端部和第二端部，所述第一端部形成所述主体部的第二端；
14.转接盒，所述转接盒设置于所述连接杆的第二端部，所述转接盒远离所述连接杆的一端形成所述主体部的第一端；
15.其中，两根所述波导线均沿所述连接杆和所述转接盒的内部延伸。
16.进一步地，所述连接杆为不锈钢杆。
17.进一步地，所述转接盒上设置有电压输出接头。
18.进一步地，所述用于直流量子小电压的测试探杆还包括屏蔽结构，所述屏蔽结构
设置于所述主体部的第二端，所述第二微波转接头设置于所述屏蔽结构的内部。
19.进一步地，所述屏蔽结构为屏蔽套筒，所述屏蔽套筒通过螺纹套接于所述主体部的第二端。
20.应用本发明的技术方案时，将第一微波转接头与微波源的输出接口连接在一起，同时将第二微波转接头与超导阵列结的连接接口连接在一起，然后通过微波源以及波导线为超导阵列结提供特定的微波频率以及微波功率，从而实现约瑟夫森效应的微波条件。由于本发明中的测试探杆设置有两根波导线，该两根波导线可以用于传递两路不同的微波信号，使用时，可以根据需要的量子电压标称值计算确定好两路微波驱动源的频率差分值，然后对微波源进行调节，使上述的两路波导线输出不同的微波驱动信号的频率。也即是说，本发明的测试探杆采用双路微波传输链路，可以实现频率差分驱动，当将该测试探杆结合偏置电流驱动控制技术对两路约瑟夫森超导阵列结同时驱动时，即可实现精确的纳伏级直流量子小电压输出，可应用于数字纳伏表的校准以及高准确度数字电压表的分辨力测试。
附图说明
21.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1是本发明实施例公开的用于直流量子小电压的测试探杆的结构示意图。
23.其中，上述附图包括以下附图标记：
24.10、主体部；101、第一端；102、第二端；11、连接杆；111、第一端部；112、第二端部；12、转接盒；122、电压输出接头；20、第一微波转接头；21、第一微波源接入口；22、第二微波源接入口；30、第二微波转接头；31、第一超导阵列结接口；32、第二超导阵列结接口；40、波导线；41、第一波导线；42、第二波导线；50、屏蔽结构。
具体实施方式
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
26.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
27.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
28.发明人经过长期的研究发现：测试探杆驱动的单路约瑟夫森超导阵列结，仅仅可
以实现比较大的直流量子电压输出，无法实现145μv以下的直流量子电压量值。为此，发明人设计了一种用于纳伏级直流量子小电压的驱动方法，该方法包括三个步骤，即步骤s1、步骤s2以及步骤s3。
29.步骤s1：采用两路微波驱动源结合两路偏置电流驱动源控制技术同时驱动两路约瑟夫森阵列结。可以理解的是，这里所述的采用两路微波驱动源结合两路偏置电流驱动源控制技术同时驱动两路约瑟夫森阵列结是指：微波驱动源、偏置电流驱动源以及约瑟夫森阵列结均为两路，实际驱动时，其中的第一路微波驱动源和第一路偏置电流驱动源用于驱动第一一路约瑟夫森阵列结，同时，第二路微波驱动源和第二路偏置电流驱动源用于驱动第二路约瑟夫森阵列结。
30.步骤s2：获取直流量子小电压标称值v以及超导结量子电压台阶数n，同时改变施加在两路约瑟夫森阵列结上的微波驱动信号的频率以及偏置电流驱动源的超导阵列结数量，产生两路量子直流电压信号，并分别记录为v1和v2，其中，v1＝n1*nf1/kj，v2＝n2*nf2/kj，v1为第一路量子直流电压信号，v2为第二路量子直流电压信号，n1为第一路超导结的数量，n2为第二路超导结的数量，n为超导结的量子电压台阶数，f1为第一路微波源的频率，f2为第二路微波源的频率，kj为约瑟夫森常数。
31.在该步骤中，超导结的量子电压台阶数n在实际使用中一般取第一个台阶，因此n取1，kj为约瑟夫森常数，根据第26届国际计量大会1号决议，2019年5月20日之后，约瑟夫森常数kj＝483597.848416984ghz/v。
32.步骤s3：根据施加在两路约瑟夫森阵列结上的微波驱动信号的频率以及偏置电流驱动源的超导阵列结数量，利用公式v’＝v
1-v2＝n1*nf1/k
j-n2*nf2/kj＝(n1f1–
n2f2)*n/kj即可计算得到纳伏级直流量子小电压信号v’。在所述步骤s3中，取n1＝n2。
33.以下将结合具体例子对本发明的驱动方法进行说明：
34.以输出100nv直流量子电压为例，首先采用两路微波驱动源结合两路偏置电流驱动源同时驱动两路约瑟夫森阵列结，然后根据所需要的量子电压标称值v＝100nv，取n1＝n2＝1，n＝1，依据公式δf＝f1–
f2＝v*kj＝48.36mhz，即要得到标称值为100nv的直流量子电压，需要偏置电流驱动源的两个约瑟夫森超导阵列结数量相同，调节两路微波驱动信号的频率差值为48.36mhz。也即是说，通过改变两路约瑟夫森超导阵列结驱动数量，并合理调节两路微波驱动信号的频率差，就可得到精确的100nv～1mv的量子直流电压信号。
35.为了执行上述的用于纳伏级直流量子小电压的驱动方法，发明人还设计了一种用于直流量子小电压的测试探杆。参见图1所示，该用于直流量子小电压的测试探杆包括主体部10、第一微波转接头20、第二微波转接头30以及两根波导线40。
36.其中，主体部10包括相对设置的第一端101和第二端102，第一微波转接头20用于与微波源的输出接口连接，第一微波转接头20设置于主体部10的第一端101；第二微波转接头30用于与超导阵列结的连接接口连接，该第二微波转接头30设置于主体部10的第二端102；两根波导线40均沿主体部10的第一端101至第二端102的方向延伸以用于传递两路不同的微波信号，该波导线40可在主体部10内实现微波信号由常温向低温传输，且各波导线40的两端分别与第一微波转接头20和第二微波转接头30连接。
37.在本实施例中：
38.第一微波转接头20是微波源的输出接口，分别连接2个微波源的输出端口。
39.第二微波转接头30是超导阵列结的连接接口，可分别连接2个可编程约瑟夫森超导阵列结的输入端口，由微波源为可编程约瑟夫森超导阵列结提供特定的微波频率以及微波功率，从而实现可编程约瑟夫森超导阵列结产生约瑟夫森效应的微波条件。
40.波导线40实现微波源输出的微波信号由常温向低温传输，从微波源输入到可编程约瑟夫森超导阵列结。
41.使用本发明中的用于直流量子小电压的测试探杆时，将第一微波转接头20与微波源的输出接口连接在一起，同时将第二微波转接头30与超导阵列结的连接接口连接在一起，然后通过微波源以及波导线40为超导阵列结提供特定的微波频率以及微波功率，从而实现约瑟夫森效应的微波条件。由于本发明中的测试探杆设置有两根波导线40，该两根波导线40可以用于传递两路不同的微波信号，使用时，可以根据用于纳伏级直流量子小电压的驱动方法确定好两路微波驱动源的频率差分值，然后对微波源进行调节，使上述的两路波导线40输出不同的微波驱动信号的频率。也即是说，本发明的测试探杆采用双路微波传输链路，可以实现频率差分驱动，当将该测试探杆结合偏置电流驱动控制技术对两路约瑟夫森超导阵列结进行同时驱动时，即可实现精确的纳伏级直流量子小电压输出，可应用于数字纳伏表的校准以及高准确度数字电压表的分辨力测试。
42.具体来说，本实施例中的主体部10包括连接杆11和转接盒12。其中，连接杆11可以是圆柱形杆状结构，还可以是棱柱形杆状结构，或者其他异形杆状结构。可选地，该连接杆11为不锈钢杆，强度高，使用寿命长。该连接杆11具有相对设置的第一端部111和第二端部112，该第一端部111形成主体部10的第二端102；转接盒12设置于连接杆11的第二端部112，该转接盒12远离连接杆11的一端形成主体部10的第一端101；实际组装本实施例中的测试探杆时，转接盒12可以通过焊接、卡接或者锁定螺钉等固定在连接杆111的第二端部112处。上述的两根波导线40均沿连接杆11和转接盒12的内部延伸。该转接盒12以及连接杆11的作用，可以实现微波信号由常温温区到低温温区的过渡，并可以对第一微波转接头20、第二微波转接头30以及波导线40进行固定支撑。
43.进一步地，本实施例中的转接盒12为测量转接盒，该转接盒12上设置有电压输出接头121，便于输出约瑟夫森超导阵列结的输出电压。
44.进一步地，本实施例中的第一微波转接头20包括第一微波源接入口21和第二微波源接入口22，第二微波转接头30包括第一超导阵列结接口31和第二超导阵列结接口32；为了便于区分，将上述的两根波导线40分别标识为第一波导线41和第二波导线42，实际连接时，使第一波导线41连接在第一微波源接入口21和第一超导阵列结接口31之间，可以向一路超导阵列接传输微波驱动信号，使第二波导线42连接在第二微波源接入口22和第二超导阵列结接口32之间，可以向另一路超导阵列结传输微波驱动信号。此时对2个微波源进行调节，使上述的两路波导线40输出不同的微波驱动信号的频率，即可实现频率差分驱动，当将该测试探杆结合偏置电流驱动控制技术对两路约瑟夫森超导阵列结进行同时驱动时，即可实现精确的纳伏级直流量子小电压输出，可应用于数字纳伏表的校准以及高准确度数字电压表的分辨力测试。
45.再次参见图1所示，本实施例中的测试探杆还包括屏蔽结构50，该屏蔽结构50设置于主体部10的第二端102，第二微波转接头30设置于屏蔽结构50的内部，通过该屏蔽结构50的作用，可以避免外界信号对测试探杆所处的系统造成干扰。
46.可选地，本实施例中的屏蔽结构50为屏蔽套筒，该屏蔽套筒通过螺纹套接于主体部10的第二端102，结构简单，便于实现。当然，在本发明的其他实施方式中，该屏蔽结构50还可以通过焊接、卡接等方式连接在主体部10的第二端102，只要是在本发明的构思下的其他变形方式，均在本发明的保护范围之内。
47.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
48.本发明可以实现双路微波驱动信号从常温到液氦温区的传输，可以在同一个低温系统中实现按两路可编程约瑟夫森超导阵列结的同时驱动，从而实现精确的纳伏级直流量子小电压的输出。通过改变施加在两路约瑟夫森超导阵列结上的微波驱动信号的频率以及偏置电流驱动的超导阵列结数量，从而得到精确的纳伏级直流量子小电压信号。
49.也即是说，本发明的测试探杆采用双路微波传输链路，实现频率差分驱动结合偏置电流驱动控制技术对两路约瑟夫森超导阵列结同时驱动，实现精确的纳伏级直流量子小电压输出，可应用于数字纳伏表的校准以及高准确度数字电压表的分辨力测试。
50.此外，需要说明的是，本技术中使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
51.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。