Стохастико-параметрическое усиление узкополосных сигналов в одноконтактном интерферометре СКВИДа

Abstract

С помощью численного решения уравнений движения исследованы особенности отклика одноконтактного сверхпроводящего квантового интерферометра на низкочастотный гармонический сигнал при наличии шума и высокочастотного электромагнитного поля. Показано, что в этой ситуации в системе, описываемой двухъямным потенциалом, возникает эффект стохастико-параметрического усиления слабого гармонического сигнала вследствие кооперативного действия шума и высокочастотного поля. Коэффициент усиления является немонотонной функцией амплитуды высокочастотного поля и дисперсии шумового потока и проходит через максимум. Проведен детальный численный анализ зависимости коэффициента усиления от интенсивности шума, частоты и амплитуды высокочастотного поля в режимах стохастического, параметрического и стохастико-параметрического усиления. Показано, что при оптимальной амплитуде высокочастотного поля достигаются достаточно высокие значения коэффициента усиления слабого гармонического сигнала (10–30). Обсуждены специфические свойства и возможные применения стохастико-параметрического усиления для построения входных цепей приемников на основе СКВИДов при регистрации слабых узкополосных информационных сигналов.

За допомогою чисельного рішення рівнянь руху досліджено особливості відгуку одноконтактного надпровідного квантового інтерферометра на низькочастотний гармонічний сигнал при наявності шуму та високочастотного електромагнітного поля. Показано, що в цій ситуації в системі, що описується двоямним потенціалом, виникає ефект стохастико-параметричного підсилення слабкого гармонічного сигналу внаслідок кооперативного впливу шуму та високочастотного поля. Коефіцієнт підсилення є немонотонною функцією амплітуди високочастотного поля і дисперсії шумового потоку та проходить через максимум. Проведено детальний чисельний аналіз залежності коефіцієнта підсилення від інтенсивност і шуму, частоти і амплітуди високочастотного поля в режимах стохастичного, параметричного та стохастико-параметричного підсилення. Показано, що при оптимальній амплітуді високочастотного поля досягаються достатньо високі значення коефіцієнта підсилення слабкого гармонічного сигналу (10–30). Обговорено специфічні властивості і можливі застосування стохастико-параметричного підсилення для побудови вхідних ланцюгів приймачів на основі НКВІДів при реєстрації слабких вузькосмугових інформаційних сигналів.

Using the numerical solution of the equation of motion the response of a single-junction superconducting quantum interferometer to a low-frequency harmonic signal is studied in the presence of noise and high-frequency electromagnetic field. It is shown that in this context in a system described by the double-well potential there occurs an effect of stochastic-parametric amplification of a weak harmonic signal. The effect lies in the amplification of the signal due to the cooperative action of noise and high-frequency field. The gain factor is a nonmonotonic function of the high-frequency amplitude and the noise flux variance and goes through a maximum. The dependence of the gain factor on noise variance, the high-frequency field frequency and amplitude is extensively analyzed numerically for stochastic, parametric and stochastic-parametric modes of amplification. The obtained results show that the gain factor for a weak harmonic signal at an optimal amplitude of the high-frequency field may be between 10 and 30. The pecularities and possible applications of the stochastic-parametric amplification to the design of input circuits of SQUID-based detectors for sensing weak narrowband informational signals are discussed.