Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Том 1 - Киршвинк Дж.
ISBN 5-03-001274-5
Скачать (прямая ссылка):
В некоторых случаях, особенно для тороидальных сквидов, чувствительность прибора можно повысить, уменьшив индуктивность датчика. Поэтому кольцо сквида изготавливают не просто в виде проволочной петли, а стараются сформировать достаточно длинные цилиндр или тороид с тем, чтобы по возможности свести индуктивность датчика к индуктивности самого контакта.
Важным обстоятельством, определяющим выбор той или иной конструкции датчика, является предполагаемый способ его связи с внешним магнитным потоком. Иногда сквид используют таким образом, что измеряемым потоком является поток, непосредственно пронизывающий петлю датчика. Однако чаще сквид связывают с измеряемым магнитным полем посредством так называемого трансформатора потока. В этом случае в отличие от предыдущего петля сквида должна быть достаточно хорошо заэкранирована от окружающих полей, а это достигается наилучшим образом при тороидальной конструкции. Устройство трансформаторов потока описано ниже. Здесь мы только заметим, что выходная катушка датчика должна быть как можно более эффективно связана с его кольцом для лучшей передачи изменений потока в приемной катушке трансформатора.
Проблемы, возникающие из-за сжатия датчика при охлаждении прибора до низких температур, решаются путем выбора правильной конструкции. При симметричной конфигурации обычно наблюдается достаточная стабильность перехода при последовательных циклах охлаждения датчика до рабочей температуры и отогревания до комнатной.
Для сквидов с точечным контактом такая стабильность достигается с трудом, поскольку для этого необходимо, чтобы область перехода толщиной порядка 100 А, где происходит туннелирование сверхпроводящих электронов, обладала достаточной механической прочностью. Практически во всех обсуждавшихся выше аспектах оптимальной явля-
ется тороидальная конструкция сквида. В этой конструкции слабое звено, как правило, помещается в центр тороида.
Существует несколько типов контактов и способов их изготовления. О двух из них мы уже говорили-это мостик и точечный контакт. Обычно используют чистые и окисленные контакты. Опыт показывает, что если острие окисленного контакта покрыто толстой пленкой оксида ниобия, то его термостабильность улучшается. Иногда в качестве стабилизирующего покрытия используют пленки из полупроводниковых материалов.
По-видимому, наиболее надежны контакты, изготавливаемые с помощью современных тонкопленочных технологий. Разработаны специальные методы создания контактов Джозефсона путем последовательного напыления сверхпроводящих материалов и разделяющих диэлектрических или полупроводящих пленок. Часто в качестве подложки для таких микросхем используют тонкую пластину из кремния, на которую напыляют также плоские проводники и контакты для соединения с остальной частью датчика, например с объемной тороидальной полостью. Существенную трудность представляет создание надежного контакта между плоской и объемной частями такой гибридной конструкции. Известна, однако, технология, уже используемая при изготовлении коммерческих сквидов, по которой пленки напыляют прямо на изолированную подложку из ниобия.
2.4. Электроника
Блок-схема типичной электронной системы, обычно используемой в ВЧ-сквидах, показана на рис. 4.7 (см. также Forgacs, Warnick, 1967). Датчик возбуждается синусоидальным высокочастотным полем, имеющим амплитуду, достаточную для достижения критического тока. Частота этого поля (называемого часто полем накачки) обычно лежит в диапазоне 20-30 МГц. Поле накачки создают с помощью катушки, помещаемой в полость сквида (рис. 4.6).
Применение во входном каскаде предусилителя, усиливающего сигналы от сквида, транзисторов с низким уровнем шумов, имеющих оптимальные характеристики при входном сопротивлении в несколько килоом, требует согласования с малым (порядка 1 Ом) импедансом сквида. Для такого согласования обычно используют резонансный контур, индуктивностью которого служит катушка, создающая поле накачки. Добротность контура в соответствии с известным соотношением должна быть равна квадратному корню из отношения входного сопротивления предусилителя к импедансу сквида.
При правильно выбранной амплитуде поля накачки ток в сквиде превосходит критическое значение дважды в течение каждого периода, приводя к проникновению магнитного потока в кольцо сквида, что в свою очередь индуцирует соответствующую ЭДС в высокочастотной катушке. Детали процесса проникновения потока в кольцо сквида
Генератор
высокой
частоты
—||~i-------ЛЛЛЛЛЛ-
Катушка высокочастотно контура
Генератор
модуляции
Усилитель высокой частоты
Детектоо Синхронный
высокой детектор
частоты
Усилитель V/ 1 низной частоты V "Г и фильтр
Цепь обратной связи
Датчик
магнитометра
Выходной
сигнал
Рис. 4.7. Блок-схема электронной системы регистрации сигналов высокочастотного сквида. Часть системы, очерченная пунктиром, находится при температуре жидкого гелия.
