Desarrollo de un detector de fotones basados en resonadores superconductores de alta inductancia cinética
El propósito de este trabajo es implementar un detector de fotones fabricado con un material superconductor de alta inductancia cinética y diseñado con 16 resonadores microondas de alto factor de calidad acoplados capacitivamente a una única línea de transmisión. Este tipo de detectores se denominan...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2022
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1137/1/1Ramos_Villalobos.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El propósito de este trabajo es implementar un detector de fotones fabricado con un material superconductor de alta inductancia cinética y diseñado con 16 resonadores microondas de alto factor de calidad acoplados capacitivamente a una única línea de transmisión. Este tipo de detectores se denominan MKIDs. En una primera etapa estudiamos un modelo que describe a un resonador microondas λ/4 acoplado con una línea de transmisión para determinar los parámetros relevantes del diseño. Como un primer resultado, determinamos que los resonadores deben ser de alto factor de calidad y volumen pequeño, fabricados con un superconductor adecuado para aumentar la contribución de la inductancia cinética a la inductancia total del resonador. Esto optimiza la responsividad del detector.
Como un primer avance en la implementación, estudiamos la teoría sobre líneas de transmisión y determinamos los parámetros geométricos de la línea que optimizan la transmisión completa de una señal. Trabajamos con líneas que tienen dimensiones de w = 20 μm y s = 11 μm, accesibles en una etapa inicial de fabricación. Generamos resonadores λ/4 para que tengan su frecuencia en el rango de las microondas formados por líneas de transmisión con uno de sus extremos en cortocircuito. Diseñé y realicé simulaciones de un MKID con frecuencia en 5.93 GHz y factor de calidad de 4×10"3, en dos programas Sonnet y Qiskit-Metal. De manera general, simulamos resonadores λ/4 con distintas longitudes y acoplamientos para determinar su dependencia con la frecuencia de resonancia y factor de calidad. Obtuve las curvas necesarias para el diseño general (elección de la frecuencia y el acoplamiento) y comparaciones entre los dos programas. Finalmente, diseñamos un arreglo de 16 MKIDs con resonancias entre 6.5 GHz y 8.5 GHz y un factor de calidad de acoplamiento de 30×10"3. Realicé avances en la fabricación de estos resonadores haciendo pruebas con máscaras hechas por litografía láser. Como se discute en la tesis, si bien estos resultados no son satisfactorios en términos de las necesidades de precisión de los dispositivos, esto me permitió aprender las técnicas de micro-estructuración en sala limpia necesarias para una implementación futura.
Finalmente, uno de los aspectos que más me interesó del proyecto es la lectura del arreglo de píxeles. Esto se discute en la ultima parte de la tesis. Siguiendo la técnica de multiplexación por división de frecuencia (FDM) implementé una electrónica para generar señales en fase y cuadratura a baja frecuencia y con fases de Newman. Comencé también a trabajar con una FPGA Red Pitaya para implementar la excitación de los MKIDs.
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