高温超导薄膜微波强非线性理论及应用研究

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1、摘要摘要高温超导体具有本征的微波非线性性能，研究高温超导薄膜的微波非线性性能不仅有益于超导电性的理论研究，也对微波器件的应用有促进作用。为了深入了解微波非线性，关于微波非线性来源的研究工作尤为重要。近期文献报道在低功率微波场作用下非线性的主要来源是流致非线性，而通常认为高功率情况下微波非线性的主要来源是热效应，也肯定微波磁场会引入非线性，但关于微波磁场是如何引入非线性的问题则不清楚。本论文针对磁场引入非线性的问题作以下研究：为测试微波非线性，本文对微桥谐振器进行了详细研究。通过在均匀半波长谐振器内引入一短段窄微带线(微桥)可实现微桥谐振器，谐振器的电

2、性能则可以用解析的方法将其与微桥的物理参数联系在一起。同时该谐振器可以将微波电流均匀地集中在微桥处，微波电流的强度也通过解析与其电性能参数相联系。利用该谐振器作测试探针，可以在外加小微波功率的情况下实现强场非线性测试。本文利用该谐振器在77K对弱场(微桥微波平均磁场为70e)直到微桥进入高损耗状态(微桥微波平均磁场为1900e)的强场微波非线性进行了测试，测试样品为YBCO／ALO／YBCO高温超导薄膜样品。测试结果显示平均微波磁场强度分别为400e、1600e和1900e时，微波非线性性能有显著变化，从而证明微波非线性在中等强度场和强场作用时与直流

3、下临界磁场相关。进一步的直流偏置实验证实了这种相关性。在实验过程中同时也观察到在微波频率超导薄膜的功率依赖性能存在类似于磁滞的现象。为了解释这些现象，我们提出了两个简单模型，一个模型从时域分析出发解释了微波强自场作用下高温超导薄膜的局域大损耗现象。另一个模型则针对分布场作用下的Meissner态和涡旋态竞争角度解释了分布电流和局域损耗的动态互作用过程。通过这两个模型，解释了场致非线性在中强场作用下对微波非线性的影响起主导作用的原因。同时利用模型和表面势垒及晶界效应对微波场的类磁滞现象进行了解释。作为微波强非线性的应用，本文提出了几种新型的微波器件，对

4、包括限幅滤波器和超宽带微波开关等器件的设计过程作了分析。关键词：高温超导薄膜，微波非线性，记忆效应，临界电流ABSTRACTMicrowavenonlinearityisallintrinsicpropertyofhightemperaturesuperconductor(HTS)．TheinvestigationofmicrowavenonlinearityofHTSthinfillbenefitsnotonlythetheoryofsuperconductivitybuttheapplicationsofmicrowavedevices．Andt

5、hesourcesofmicrowavenonlinearityarestudiedintensively,becauseitisthemostimportantmechanismforunderstandingmicrowavenonlinearity．Recentreportsshowthatcurrentdrivennonlinearityisthemainsourceofmicrowavenonlinearityatlowfield，andtraditionalviewsholdthattheheateffectplaysakeyroleat

6、hi曲field．Atthesametime，oneCanconfirmthatmicrowavemagneticfieldplaysaroleasnonlinearsources，butwhatandhowitplaysisnotclearatpresent．Thefollowingworkonfieldinducedmicrowavenonlinearityisincludedinthisdissertation：ThebridgedresonatorisstudiedintensivelytomeaSurethemicrowavenonline

7、arity．ThisresonatorisdevelopedbyinsertingoneshortnalTOWstripline(bridge)inuniformhalfwavelengthresonator,anditselectricalparametersarerelatedtothephysicalparametersofthebridgeanalytically．Atthesametime，microwavecurrentisuniformlyconcentratedinthebridge，andthestrengthofonbridgem

8、icrowavecurrentisanalyticallyrelatedtoelectricalparame