[發(fā)明專利]一種利用微波實時改變機械振子頻率的裝置和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810115424.0
• 申請日: 2018-02-06
• 公開（公告）號: CN108169562A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫國柱;潘佳政;李永超;戴欣;江俊良;吳培亨
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;B82Y30/00;B82Y10/00
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

本發(fā)明公開了一種利用微波實時改變機械振子頻率的裝置，包括：微波源、微波分束器、衰減器、無氧銅腔體、第一級放大器、第二級放大器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、混頻器、頻譜分析儀和控制電腦，本發(fā)明將懸空電容樣品作為微機械振子，同時電容的周圍存在螺旋電感，螺旋電感與電容共同構(gòu)成了LC諧振電路。利用微波驅(qū)動LC諧振電路形成電磁振蕩，同時也會引起電容上極板薄膜的機械振動，這導(dǎo)致了電容上下極板間距離的變化，從而對LC諧振電路的諧振頻率產(chǎn)生了調(diào)制作用。本發(fā)明還公開了一種利用微波實時改變機械振子頻率的方法。本發(fā)明實現(xiàn)了在低溫下通過改變微波的輸入功率來調(diào)控機械振子的振動頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用微波實時改變機械振子頻率的裝置和方法。

背景技術(shù)

量子信息處理是目前科學(xué)研究的熱點，隨著微加工制備工藝的進步與量子信息處理的研究需求，促使了越來越多的研究人員開始關(guān)注微機械振子的應(yīng)用和研究。微機械振子由于具有較高的共振頻率、極小的質(zhì)量和耗散，已被廣泛用于量子機理的研究中，隨著微加工工藝制備的精細度不斷提高，實驗室中已經(jīng)可以制作出微納尺寸的機械振子，其足夠小的尺寸使得它可以與多種固體系統(tǒng)耦合，例如超導(dǎo)量子比特、光腔和微波腔等，形成耦合量子系統(tǒng)，實現(xiàn)不同頻率量子系統(tǒng)的相互作用。微機械振子可以做類似彈簧的微小振動，其振動頻率與自身的材料性質(zhì)、質(zhì)量和幾何外形有關(guān)，傳統(tǒng)地改變微機械振子的振動頻率的方式可以在微加工過程中改變微機械振子的質(zhì)量和幾何尺寸來實現(xiàn)，但這樣的方式操作復(fù)雜，需要在制備工藝上花較長的時候來摸索制備條件并且設(shè)計多種適用于不同幾何尺寸的原始模具，這給科研和應(yīng)用都帶來了不便，并且這樣的機械振子振動頻率的改變方式不具有實時性和連續(xù)性，只能靠采用不同質(zhì)量和幾何尺寸的微機械振子來得到特定的分立的振動頻率，而不是實時地得到連續(xù)分布的振動頻率，為此我們設(shè)計了利用微波實時改變機械振子頻率的裝置和方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用微波實時改變機械振子頻率的裝置和方法，實現(xiàn)了在低溫下通過改變微波的輸入功率來實時調(diào)控機械振子的振動頻率。

技術(shù)方案：

為達到上述目的，本發(fā)明采用的第一種技術(shù)方案為一種利用微波實時改變機械振子頻率的裝置，包括：微波源、微波分束器、衰減器、無氧銅腔體、第一級放大器、第二級放大器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、混頻器、頻譜分析儀和控制電腦，其中，所述無氧銅腔體處于20mK的低溫下，用于裝載懸空電容樣品；所述衰減器和第一級放大器處于稀釋制冷機的低溫環(huán)境中，所述微波源、微波分束器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、混頻器、頻譜分析儀、控制電腦以及第二級放大器都處在室溫環(huán)境中；所述微波源用于提供頻率和功率連續(xù)變化的微波信號給微波分束器，所述微波分束器用于將所述微波信號分成兩路，其中一路微波信號將作為超導(dǎo)諧振電路的微波輸入信號，通過衰減器輸入到無氧銅腔體中，用于驅(qū)動超導(dǎo)諧振電路，另一路微波信號作為微波本地信號，用于與超導(dǎo)諧振電路的輸出信號進行混頻；所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀用于測量超導(dǎo)諧振電路的輸出端口到輸入端口的正向傳輸系數(shù)S₂₁曲線；所述頻譜分析儀用于測量超導(dǎo)諧振電路的輸出信號，并觀測機械振動的調(diào)制作用；所述混頻器的輸入端分別連接微波分束器和第二級放大器，用于將超導(dǎo)諧振電路的輸出信號和本地信號進行混頻，以此來得到機械振子的頻率，混頻器的輸出端連接頻譜分析儀，所述第二級放大器的輸入端連接到第一級放大器的輸出端，用于接收第一級放大器的輸出信號，做進一步放大，所述控制電腦連接到頻譜分析儀，用于記錄頻譜分析儀測量得到的數(shù)據(jù)。

進一步的，所述矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀同時連接衰減器的輸入端和第一級放大器的輸出端。

進一步的，在混頻階段，所述第二級放大器的輸出端連接混頻器與微波本地信號進行混頻，在測量邊帶效應(yīng)階段，第二級放大器連接到頻譜分析儀進行測試。

進一步的，所述第二級放大器的輸出端直接連接到頻譜分析儀進行測試。