通过调整结间相对距离增强约瑟夫森行波参量放大器性能

本文从理论上研究了具有非均匀间距结的约瑟夫森行波参量放大器。我们考虑具有三个结的单元胞，并通过由节点通量定义的空间位移场来表征它们的相互作用。为解决此问题，我们定义了系统作用量并应用变分原理获得静态作用量，该作用量决定了运动方程。本工作表明，通过修改同一单元胞内结间的相对距离，可以增加增益和带宽，从而增强有效的非线性相互作用。我们找到了一个最优的子单元胞尺寸比，该比例能最大化增益和带宽，而等间距结提供的性能最低。尽管此方法不依赖于相位匹配，同一器件可以在不同泵浦频率下工作，但它需要非常大量的约瑟夫森结才能实现超过 20 dB 的增益。我们证明，此方法可以与共振相位匹配相结合，并预测在使用 1998 个结时，可在 4 GHz 带宽上实现超过 29 dB 的理想增益。尽管在当前技术下制造具有最优子单元胞尺寸的器件可能存在挑战，但在次优尺寸下仍可实现显著的增益提升。