Modélisation du SQUID rf en réflectométrie : impédance à la fréquence de pompe, influence du bruit de fond

Les échanges d'énergie d'un circuit bouchon et d'un SQUID rf sont considérés dans cet article en termes d'impédance équivalente placée en série avec la bobine d'injection. L'analyse harmonique à la fréquence de pompe f P de la sonde classique attaquée en courant est d'abord précisée ; cette méthode, valide pour un SQUID largement hystérétique et faiblement couplé (k ⪡ 1) à un circuit oscillant de coefficient de qualité Q ⪢ 1, donne une réponse en tension qui varie de façon discontinue et parfois multivaluée en fonction du niveau radiofréquence. La sonde classique est ensuite analysée directement dans le domaine temporel pour des SQUIDs suffisamment hystérétiques sans restrictions sur les valeurs des paramètres k, Q, fP. Les résultats précédents sont appliqués au cas de la réflectométrie (fP = 80 MHz ) en régime idéal puis bruyant ; nous montrons que le bruit intrinsèque du micropont est responsable de la déformation des caractéristiques idéales tandis que les fluctuations intrinsèques déduites de cette déformation conduisent à une densité spectrale de 1,1 x 10 -5 Φ0/√Hz et sont toujours dominées par les fluctuations induites par les sources externes. La sensibilité de notre système est de 10-4 Φ0/√Hz. Les études d'optimisation montrent que la sonde adaptée autorise une grande souplesse dans le choix de k et Q sans amélioration ni détérioration notables du rapport signal sur bruit

Modélisation du SQUID rf en réflectométrie : impédance à la fréquence de pompe, influence du bruit de fond

Energy exchanges between a rf SQUID with a Dayem microbridge and the tank circuit coil are viewed in terms of an equivalent impedance placed in series with the coil. This allows to characterize the matched configurations which notably differ from the classical probe. In our case the tank circuit is pumped at 80 MHz by an incident voltage wave and the reflected wave is synchronously detected. The harmonic analysis at the pumping frequency fP of the classical probe is stated precisely ; the method is valid for a large hysteretic mode of the rf SQUID, a weak coupling factor k and a large quality factor Q. The deduced staircase pattern Vrf - I rf is found discontinuous and eventually multiple-valued. A time analysis of the classical probe is also presented which gives consistent results without any restrictions on the parameters k, Q, fP values. The previous methods are then used to analyse the ideal and noisy running of the matched probe ; ideal curves are mainly distorted by the intrinsic noise of the microbridge. The deduced intrinsic fluctuations correspond to a spectral density of 1.1 x 10-5 Φ0/√Hz while external noises sources give rise to the final flux sensibility of 10-4 Φ0/√Hz. Optimization work states that for the matched probe, a large choice of k, Q parameters is allowable without improvement nor decrease of the signal to noise ratio.Les échanges d'énergie d'un circuit bouchon et d'un SQUID rf sont considérés dans cet article en termes d'impédance équivalente placée en série avec la bobine d'injection. L'analyse harmonique à la fréquence de pompe f P de la sonde classique attaquée en courant est d'abord précisée ; cette méthode, valide pour un SQUID largement hystérétique et faiblement couplé (k ⪡ 1) à un circuit oscillant de coefficient de qualité Q ⪢ 1, donne une réponse en tension qui varie de façon discontinue et parfois multivaluée en fonction du niveau radiofréquence. La sonde classique est ensuite analysée directement dans le domaine temporel pour des SQUIDs suffisamment hystérétiques sans restrictions sur les valeurs des paramètres k, Q, fP. Les résultats précédents sont appliqués au cas de la réflectométrie (fP = 80 MHz ) en régime idéal puis bruyant ; nous montrons que le bruit intrinsèque du micropont est responsable de la déformation des caractéristiques idéales tandis que les fluctuations intrinsèques déduites de cette déformation conduisent à une densité spectrale de 1,1 x 10 -5 Φ0/√Hz et sont toujours dominées par les fluctuations induites par les sources externes. La sensibilité de notre système est de 10-4 Φ0/√Hz. Les études d'optimisation montrent que la sonde adaptée autorise une grande souplesse dans le choix de k et Q sans amélioration ni détérioration notables du rapport signal sur bruit

DC SQUID Amplifier for NMR Experiments on Small Samples

Law noise preamplifiers are required for the detection of the magnetic resonance of small size samples or at low magnetic fields. According to calculations based on the "en, in" model. SQUlD based amplifiers are more suitable to NMR experiments on small samples than semiconductor amplifiers. We propose an amplification method by frequency transposition using a DC SQUID. Such a system can be run over a broad range of frequency as the noise impedance of the stages subsequent to the SQUID is continually optimised. The measurements are in good agreement with our theoretical model, based on a simplified voltage to flux SQUID characteristic

Amplification by Frequency Transposition with a Low Critical Temperature DC SQUID

The performances of a heterodyne amplifier involving a DC SQUID have been modelised and measured. This type of amplification is derived from frequency translation methods using flux modulation. The pump frequency used depends on the signal to be analysed and the translation to a fixed frequency $f_{0}$ is carried out by the SQUID which is a nonlinear device. Such a system simplifies the impedance matching between the SQUID and the semiconductor preamplifier and can be operated as a spectrum analyser for signals of relatively high and variable frequency. Flux sensitivities of 5 to 10 $\mu\Phi_{0}/\sqrt{\rm Hz}$ have been measured in this configuration for frequencies ranging from 200 kHz to 2 MHz. In order to validate our model, the flux sensitivity of the SQUID in the heterodyne configuration has been compared to that given by direct measurements at the intermediate frequency $f_{0}$. Our measurements are in good agreement with a theoretical model based on a simplified voltage to flux characteristic of the DC SQUID