中国计量科学研究院与国际计量局约瑟夫森电压基准之间的直接和间接比对

１９９５年１１月３—１０日，中国计量科学研究院（ＮＩＭ）的１Ｖ约瑟夫森结阵电压基准（ＪＪＡＶＳ）与国际计量局（ＢＩＰＭ）的１Ｖ约瑟夫森结阵电压基准之间进行了直接比对．比对在中国计量科学究研院进行，比对结果的综合不确定度为：（－０．０１±０．１１）ｎＶ．实际测量标准电池的比对结果为：（－１．８±５６）ｎＶ．     

我国量子电压基准装置与国际比对取得成功

本刊讯最近，国际计量局（BIPM）专家T．Wite博士和D．Reymamn博士携带该局可搬运式IV量子电压标准装置（即约瑟夫森结阵电压标准）到中国计量科学研究院，与我国量子电压基准装置进行了比对。两套装置通过汞电池过渡标准的间接比对和两个约瑟夫森结阵电压的直接比对后，又通过分别测量同一个标准电池进行了间接比对，取得了好的结果。这是迄今为止BIPM与各国进行的15次比对中所取得的最好结果之一。通过汞电池过渡标准的比对，表明我国基准装置与BIPM同类装置测量结果的差仅为0．06nV（即相对差为6×10-11），平均值的标准偏差为1…     

10伏约瑟夫森结阵电压基准获国家科技进步奖

我院研制的“10伏约瑟夫森结阵电压基准”装置,荣获2 0 0 3年度国家科技进步奖二等奖。10伏约瑟夫森结阵电压基准是量子基准。1990年1月1日,国际计量委员会推荐用约瑟夫森效应复现电压单位量值,以保证国际范围内溯源的一致性。美、德、法、日等发达国家相继建立了1伏及10伏的约瑟夫森电压基准。我院1994年研制出1伏约瑟夫森结阵电压基准,1996年由世行贷款立项,建立10伏约瑟夫森结阵电压基准课题,于1999年研制成功,该装置系统的测量不确定度为5 4×10 - 9,达到了国际先进水平。10伏约瑟夫森结阵电压基准利用低温超导结电子跃迁效应复现电压…     

10V约瑟夫森结阵电压基准

在 1V约瑟夫森结阵电压基准的基础上 ,10 V约瑟夫森结阵电压基准于 1999年底在中国计量科学研究院量子部电压实验室建立。其校准电压在 0 .1V～ 10 V范围内连续可调。校准固态电压标准 10 V输出值的合成不确定度为 5.4× 10 -9(1σ)     

国家电压副基准近年来的变化：用约瑟夫森电压标准进行监测

自１９９３年１Ｖ结阵约瑟夫森电压标准正常运行以来，就开始对国家电压副基准进行了连续的监测。经过近四年的连续测量发现：国家副基准电池组０５１中的十个标准电池的电动势都呈上升趋势，其中最大的０５１－２达到０．２０４μＶ／年，最小的０５１－８达到０．０４４μＶ／年，十个标准电池的电动势的算术平均值的变化速率为＋０．０８１μＶ／年，并且随时间几乎成直线上升关系。     

计量院电压基准装置获国家科技进步奖

本刊讯中国计量科学研究院研制的“10伏约瑟夫森结阵电压基准”装置,荣获2003年度国家科技进步奖二等奖。10伏约瑟夫森结阵电压基准是量子基准,该基准利用低温超导结电子跃迁效应复现电压量值,可在很宽范围内复现高精度的电压量值。该装置的创新在于,硬件方面较好地解决了微波源,同时满足了结阵特性、输出功率、锁相环路三方面对微波频率的要求,在软件方面采用了数据处理技术,消除了10伏结阵电压阶数不稳定而对测量数据造成的影响,对提高测量效率及改善不确定度有着重要意义。计量院建立的10伏约瑟夫森电压基准,按照国际计量委员会的推荐用…     

约瑟夫森结阵器件的研究进展

介绍了约瑟夫森效应在电压基准方面的应用,综述了目前国内外对用于电压基准的约瑟夫森结阵的研究和发展过程,重点介绍了国内用于电压基准的Nb/NbxSi1-x/Nb单结的研究进展。     

10伏约瑟夫森结阵电压基准获国家科技进步奖

我院研制的“10伏约瑟夫森结阵电压基准”装置，荣获2003年度国家科技进步奖二等奖。     

新一代电压计量基准

新一代电压计量基准由中国测试技术研究院和中国计量科学研究院联合研制的“超导约瑟夫森结阵列１伏电压基准”采用了超导体的约瑟夫森效应和微波辐射感应阶梯技术，通过电子电荷等基本物理常数，把电压测量和国家原子频率基准联系起来。综合了超导、微波、电测量等多种学...     

中国直流电动势副基准的现状

中国计量科学研究院（ＮＩＭ）的直流电动势副基准经多次与国内外约瑟夫森电压标准比对表明，七年中最大累积变化约为０．２１×１０－６，平均每年变化仅０．０３ｕＶ．从１９９５年１月１日起改值０．２０×１０－６后，可与国际电压值在３×１０－８误差范围内保持一致．     

计量院研制成功量子化电学基准

本刊讯量子化电学基准有两项 ,约瑟夫森量子电压基准和量子化霍尔电阻基准。我院的约瑟夫森量子电压基准 ,１９９８年获国家科技进步二等奖。量子化霍尔技术难度很大 ,近期经科技人员努力 ,突破了难关 ,取得了良好结果。２０００年计量院完成了“量子化霍尔电阻基准”课题的研制工作 ,并在同年１０月与日本电子综合技术研究所（ＥＴＬ）进行了双边比对 ,比对结果两国１Ω电阻量值的差别为１ ３ｎΩ。根据日本专家估计 ,用１Ω实物电阻作为可运输标准进行此种双边比对时 ,其不确定度约为±５ｎΩ。中、日两国的此项比对结果在国际上已发表的…     

约瑟夫森电压标准的国际比对

不同国家的六个计量实验室用齐纳二极管作为传递电压标准进行了电压标准的国际。比对结果在测量不确定度内是吻合的，它仅受齐纳稳定性的限制。对于１．１０８Ｖ的输出而言，数据与线性回归拟合具有０．０４７μＶ的残余标准偏差。从而有可能据此证实西班牙ＴＰＹＣＥＡ新１Ｖ约瑟夫森电压标准的性能。     

1V脉冲驱动型交流量子电压源研究

脉冲驱动型交流量子电压标准ACJVS通过高速脉冲序列驱动约瑟夫森结阵芯片的方式实现宽频带交流量子电压的合成,相比于可编程型交流量子电压标准PJVS,具有免台阶切换、频谱纯净、频带宽等优点。搭建的系统主要包括8位高速脉冲码型发生器、微波放大器、直流阻断、约瑟夫森结阵芯片等。通过驱动包含4个子阵列,每个子阵列含12810个约瑟夫森结的结阵芯片,并结合4通道联合低频补偿的方式,成功产生了1V有效值的脉冲驱动型交流量子电压,为进一步建立交流量子电压基准打下了坚实的基础。最后,展望了脉冲驱动型交流量子电压在量子阻抗桥、交流量子功率源、交流量子功率表方面的应用价值。     

可编程约瑟夫森结阵偏置组合算法研究

在可编程约瑟夫森量子电压标准系统中，快速并准确地计算各约瑟夫森子结阵的偏置状态是实现量子电压精准输出的前提。传统的枚举-索引算法通过遍历所有可能的偏置组合以寻找最优解，因此计算效率较低，难以适应量子电压非周期性连续变换输出等特殊应用场景。基于此，提出了一种面向三进制可编程约瑟夫森结阵的偏置组合算法。首先根据各子结阵中包含的约瑟夫森单结数量特征对子结阵进行自适应分组，并据此快速计算预偏置组合；进一步地，结合近似计算方法和量化误差补偿方法，克服预偏置组合中可能存在的子结阵失效、亚分辨率设计等特殊问题。实验结果表明，该算法在多种条件下均能找到最优偏置组合，并且计算效率明显优于传统的枚举-索引算法。     

1V及10V约瑟夫森结阵电压标准

为建立国家法定电压基准,中国计量科学研究院(NIM)对1-V和10-V约瑟夫森串联结阵电压标准进行了研究。其中结阵分别是由德国的PTB,日本的ETL,美国的NIST和韩国的KRISS提供的。采用的微波源是一个锁定到10MH_z频率标准上的高稳定高功率的85GH_z的G_aA_s耿氏管振荡器。所获得的1_v和10-V电压的总不确定度分别是9E-9和6E-9。     

约瑟夫森电压基准

自1990年1月1日以来，国际上统一启用约瑟夫森效应，用常数KJ。康复现国际单位制的电压单位伏特。中国计量科学研究院建立的1伏约瑟夫森电压基准（JJAVS），测量不确定度达到5X10-9（1a）。1993年研制完成并通过了国家技术监督局鉴定。JJAVS系统主要由锁相微波源、低温探头、小电压精密测量及计算机组成。电压基准采用美国HYPRES公司生产的1VNb－Nb结阵。微波源采用耿氏管振荡器，由EIP578B锁相频率计通过锁柏环路驱动器进行稳频。频率的不稳定性达到10-11星级。偏置电源输出电压端有一个三级的低通滤波器，总电阻为76fi，泄漏电…     

双通道约瑟夫森结阵测试系统的设计

针对目前逐渐增多的芯片测试需求,设计了双通道约瑟夫森结阵测试系统,包括低温测试探杆、微波传输结构等关键部分。测试系统可实现对两个可编程约瑟夫森结阵器件进行同时测量,还可以实现两个芯片的叠加电压输出,通过对一个双通道可编程器件的测量验证了测试系统的上述功能。所测器件的最佳工作频率为17GHz,在未加功率放大器的情况下工作功率为11 dBm。双通道小电压可编程约瑟夫森结阵器件最小结阵为1个结,输出电压为35.15μV;最大结阵为512个结,输出电压为17 998.42μV,量子电压台阶的展宽范围为2μV,这是由于34 420A(1 V档)噪声和测试系统噪声导致,满足量子电压测试需求。双通道的量子电压单结叠加输出为70.30μV,512个结叠加输出为35 996.84μV,叠加后量子电压台阶的展宽范围也在2μV以内,证明双通道约瑟夫森结阵测试系统不仅能对两个独立可编程芯片进行测量,还能够实现量子电压叠加输出功能,在不增加工艺难度的前提下,实现了更大量子电压的输出。     

交流约瑟夫森电压合成装置的研究

设计制作了一套交流约瑟夫森电压合成装置(JAWS),能够驱动1 V SINIS型可编程约瑟夫森结阵合成峰值1.2 V、 200 Hz以下频率的交流量子电压。实验结果表明,该装置能够合成200 Hz以下频率的交流量子电压,且合成60 Hz交流电压的不确定度优于5×10^-6,为进一步开展我国首个交流量子电压基准的研究工作奠定了基础。     

基于SNS型双路约瑟夫森结阵驱动方法研究

根据SNS型双路约瑟夫森结阵的驱动原理以及结阵分段特点,提出了平衡三进制驱动算法,实现了双路约瑟夫森结阵偏置状态的快速计算。根据约瑟夫森结阵的偏置状态以及组合方式,采用节点电压法,准确合成了双路阶梯波交流量子电压的台阶电压值,最终实现了最小分辨率为2个结,有效位为15位的交流量子电压输出。双路交流量子电压互测实验结果表明,合成交流量子电压的最大误差为0.06 μV,双路信号同步性测试实验中,两个通道的相位差为-0.01 μrad,证明了合成双路交流量子电压具有较高的幅值准确度和相位同步性。     

中国计量科学研究院量子电压基准研究与发展综述

对中国计量科学研究院(NIM)研究建立的约瑟夫森量子电压基标准及相关应用研究情况进行了综述。NIM自1993年研究建立了国家量子电压基准，之后进行了与国际计量局的1 V和10 V的两次现场比对，比对一致性的相对不确定度均小于1.1×10^-10。重点描述了NIM建立可编程量子电压基准(PJVS)的研究工作，以及以此为基础合成交流量子电压和交流标准源量值传递的进展情况，并介绍了对PJVS进行的一些创新和应用拓展的工作。