用于参量放大器的 Ti、Nb 和 NbN 超导谐振器的非线性特性

超导谐振器和参量放大器是动力学电感探测器阵列、其他超导辐射热计频域复用器、基于自旋系综的存储器以及电路量子电动力学演示器等科学系统中的重要组件。在本文中，我们报道了超导 Ti、Nb 和 NbN 谐振器的微波测量及其作为参量放大器的应用。这些半波谐振器在近乎相同的溅射和光刻条件下制备，以确保对材料特性进行同类比较。我们报道了在转变温度、电阻率、限速非线性响应时间、非线性耗散、非线性电感的符号及其对温度和谐振谐波的依赖性等方面的广泛特性和行为。我们已成功将 Nb 和 NbN 谐振器用作高增益参量放大器，实现了大于 $20\,\mathrm{dB}$ 的功率放大。我们已经证明，对于半波谐振器，放大不仅可在基频谐振中实现，也可在更高次谐波谐振中实现。此外，对于具有高转变温度的材料，例如 Nb 和 NbN，可在 $\sim4\,\mathrm{K}$（即脉冲管冷却器维持的温度）下实现放大。最后，在具有极快响应时间的材料体系（例如 NbN）中，我们发现可通过将泵浦音调置于与信号和闲频不同的谐振模式中来实现交叉谐波型放大。这些广泛的观测结果将对超导参量放大器的设计和应用产生重要影响。