高温超导薄膜微波非线性性能的微桥谐振器测量方法研究

高温超导薄膜微波非线性性能对高温超导器件应用及高温超导电性机理研究具有重要意义。在器件应用方面，高温超导微波无源器件的功率承载能力和交调性能等非线性特性限制了高温超导技术的高功率推广应用；在超导电性机理研究方面，一方面微波非线性的来源尚不清楚，另一方面常用微波非线性特性研究材料内部的各种相互作用。因此对高温超导薄膜微波非线性进行准确测量对应用研究和基础研究都具有指导性意义。遗憾的是，目前国际通用的高温超导薄膜微波非线性测试手段仍然不够完善，既没有准确、可靠、可确定误差限的测试方法，也没有从低功率到高功率通用的测试手段。本研究旨在建立通用的高温超导薄膜微波非线性性能测试手段，并通过准确实验结果分析研究非线性性能与下临界磁场的关系。研究中拟采用微桥谐振器技术在微桥处获得集中可测量的均匀微波电流，建立谐振器外部可测物理量与微桥处微波阻抗的关系，测量微波场与微波阻抗的对应非线性关系。

高温超导微波线性器件的应用受到了功率承载能力和交调性能等非线性特性的限制，而对这种机理尚不明确的超导材料本征特性的研究不仅能够解决上述问题，更是研制高温超导微波非线性器件的基础。国内外在高温超导电性机理的研究上暂时还不能够明确指出高温超导材料强微波非线性的来源，同时各研究团队也反向利用高温超导材料的微波非线性来探究材料内部的各种相互作用。随着薄膜制备工艺的发展，高温超导薄膜器件的应用越发广泛，通过对高温超导薄膜微波非线性进行准确测量对应用研究和基础研究都具有指导性意义。然而目前国际通用的高温超导薄膜微波非线性测试手段仍然不够完善，既没有准确、可靠、可确定误差限的测试方法，也没有从低功率到高功率通用的测试手段。. 本研究通过新型高温超导微桥谐振器测量方法，在微桥处获得集中可测量的均匀微波电流，并建立谐振器外部可测物理量与微桥处微波阻抗之间的关系，从而实现测量微波场与微波阻抗的对应非线性关系。通过大量的理论推导和实验测量，现在已经在建立完善的解析计算体系和分析测量方法的基础上达到了微波场的测试误差小于5%，非线性测量的误差小于10%。通过对不同强度微波场作用下非线性性能的实验数据进行分析，现已可以明确高温超导薄膜微波非线性与材料直流下临界磁场相关，排除了高温超导薄膜微波非线性机理来源于热效应这一传统认识。同时发现高温超导薄膜对微波场具有独特的历史效应。