【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超导器件，具体涉及一种片上超导微波频率梳及其制备方法。
技术介绍
1、频率梳是指在频谱上由一系列频率间隔相同且相位相干的频率分量构成的微波或光学信号，其在时域上是周期性稳定的脉冲。频率梳可作为高精度的“尺子”对频率和时间进行测量，在现代科技中具有广泛且重要的应用，例如光学钟、精密光谱学、任意波形发生器等。在过去的二十年，高集成度的频率梳器件被人们广泛研究，出现了各种小型化的片上光子系统。但是很多片上的微波频率梳需要用到比较复杂的制作工艺，同时还需要比较昂贵的光学源或者微波源，例如基于半导体锁模激光器和微谐振器的克尔频率梳。而且基于半导体器件的频率梳的能量损耗相对较高，这样会使器件具有较高的泵浦功率的阈值和较低的能量转换率，这会大大限制器件的高度集成化。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题：提供一种由超导材料构成，能量损耗极低，而且工艺简单，同时只需直流偏置即可产生微波频率梳信号，十分利于高度集成。
2、技术方案：为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种片上超导微波频率梳，包括约瑟夫森结和超导微波谐振器，将约瑟夫森结和超导微波谐振器进行耦合，两者构成一个非线性系统，当在约瑟夫森结两端加直流偏置电压时，产生的微波光子会在这个非线性系统中产生上下变频，使超导微波谐振器对应的各阶谐振频率均有微波光子输出。
4、进一步地，所述约瑟夫森结位于超导微波谐振器的一端，约瑟夫森结的两端电极分别搭在超导微波谐振器的中心导体
5、进一步地，超导微波谐振器包括中心导体和间隙电容，超导微波谐振器两端由两个间隙电容进行耦合。
6、进一步地，超导微波谐振器的结构为半波长共面波导谐振器，其中心导体长度为10mm，有多阶的谐振模式，对应的谐振频率为 n×750 mhz，其中， n为正整数。
7、进一步地，当约瑟夫森结加直流偏置电压时，辐射出的光子频率为:
8、 f j = 2ev dc/ h
9、其中， 2e为库珀对的电荷量， v dc为约瑟夫森结两端的偏压， h为普朗克常数。
10、进一步地，在约瑟夫森结两端加直流偏置电压，得出的 i d为穿过约瑟夫森结的电流大小，这个电流值的大小跟隧穿过势垒层的超导库珀对的数量有关，隧穿的库珀对越多，电流值 i d越大，辐射出的光子数就越多。
11、进一步地，片上超导微波频率梳辐射出的微波信号在频域是等间隔的，将各阶信号的频率用以下公式进行拟合：
12、 f m= mf r
13、其中， m为信号阶数（m=1，2，3…）， f r为频率间隔， f m为第 m阶信号的频率，可以看出频率信号和公式拟合很好，这说明频率信号是等间隔分布的，满足频率梳的要求。
14、一种片上超导微波频率梳的制备方法，包括以下步骤：
15、s1:利用磁控溅射技术在衬底表面溅射一层铌膜；
16、s2:采用光刻和反应离子刻蚀的工艺得到超导微波谐振器；
17、s3:再通过光刻得到悬浮桥结构；
18、s4:通过双角度蒸发的工艺获得al/alox/al结构的约瑟夫森结。
19、进一步地，步骤s1中，采用蓝宝石衬底，铌膜厚度为120纳米。
20、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
21、本专利技术的器件所产生的这些在频域上等间隔分布且在时域上是周期性稳定脉冲的信号是频率梳信号，本专利技术的器件具有损耗低、制作工艺简单且只需直流偏置等优点，十分利于片上高度集成。
22、本专利技术的器件所产生的这些在频域上等间隔分布且在时域上是周期性稳定脉冲的信号是频率梳信号，本专利技术的器件由超导微波谐振器和约瑟夫森结耦合而成，采用的都是超导材料，具有损耗低的优点。超导微波谐振器和约瑟夫森结均由超导薄膜构成，薄膜结构可以方便的采用微纳加工工艺对其进行加工，制作工艺简单。我们的器件只需直流信号进行驱动即可产生频率梳信号，十分利于片上集成。
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1.一种片上超导微波频率梳，其特征在于：包括约瑟夫森结（1）和超导微波谐振器（2），将约瑟夫森结（1）和超导微波谐振器（2）进行耦合，两者构成一个非线性系统，当在约瑟夫森结（1）两端加直流偏置电压时，产生的微波光子会在这个非线性系统中产生上下变频，使超导微波谐振器（2）对应的各阶谐振频率均有微波光子输出。
2.根据权利要求1所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：超导微波谐振器（2）包括中心导体（3）和接地面（4），超导微波谐振器（2）两端由两个间隙电容（5）与外界进行耦合。
3.根据权利要求1所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：所述约瑟夫森结（1）位于超导微波谐振器（2）的一端，约瑟夫森结（1）的两端电极分别搭在超导微波谐振器（2）的中心导体（3）和接地面（4）上，实现两者的耦合。
4.根据权利要求1所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：超导微波谐振器（2）的结构为半波长共面波导谐振器，其中心导体（3）长度为10mm，有多阶的谐振模式，对应的谐振频率为n×750 MHz，其中，n为正整数。
5.根据权利要求1所述的片上超导微波频率
6.根据权利要求5所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：在约瑟夫森结（1）两端加直流偏置电压，得出的ID为穿过约瑟夫森结的电流大小，这个电流值的大小跟隧穿过势垒层的超导库珀对的数量有关，隧穿的库珀对越多，电流值ID越大，辐射出的光子数就越多。
7.根据权利要求5所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：片上超导微波频率梳辐射出的微波信号在频域是等间隔的，将各阶信号的频率用以下公式进行拟合：
8.一种片上超导微波频率梳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的片上超导微波频率梳的制备方法，其特征在于：步骤S1中，采用蓝宝石衬底，铌膜厚度为120纳米。
...【技术特征摘要】
1.一种片上超导微波频率梳，其特征在于：包括约瑟夫森结（1）和超导微波谐振器（2），将约瑟夫森结（1）和超导微波谐振器（2）进行耦合，两者构成一个非线性系统，当在约瑟夫森结（1）两端加直流偏置电压时，产生的微波光子会在这个非线性系统中产生上下变频，使超导微波谐振器（2）对应的各阶谐振频率均有微波光子输出。
2.根据权利要求1所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：超导微波谐振器（2）包括中心导体（3）和接地面（4），超导微波谐振器（2）两端由两个间隙电容（5）与外界进行耦合。
3.根据权利要求1所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：所述约瑟夫森结（1）位于超导微波谐振器（2）的一端，约瑟夫森结（1）的两端电极分别搭在超导微波谐振器（2）的中心导体（3）和接地面（4）上，实现两者的耦合。
4.根据权利要求1所述的片上超导微波频率梳，其特征在于：超导微波谐振器（2）的结构为半波长共面波导谐振器，其中心导...
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