Mikrowellen-SQUID-Multiplexer

In den vergangenen Jahren hat es bemerkenswerte Fortschritte in der Entwicklung von Tieftemperatur-Teilchendetektoren gegeben, die durch den zunehmenden Bedarf an hochauflösenden Detektoren für eine Vielzahl von Anwendungen in den Bereichen Astrophysik, Astronomie und Kernphysik angetrieben wurden. Dank zuverlässiger Herstellungsverfahren können heutzutage Detektorsysteme mit einer großen Anzahl von Tieftemperatur-Detektoren realisiert werden. Die Auslese derartiger Systeme stellt aber auch heute noch eine große Herausforderung dar. Einzelne Teilchendetektoren können mit Stromsensor-dc-SQUIDs ausgelesen werden, die an die verschiedenen Detektoren gekoppelt sind. Diese Methode erfordert jedoch eine individuelle Verdrahtung für jeden Detektor und dc-SQUID. Das Verfahren ist daher für sehr große Detektorsysteme ungeeignet ist, da beispielsweise die von den SQUIDs dissipierte Leistung die Kaltstufe des Kryostaten signifikant belasten würde. Darüber hinaus erhöht sich die Zahl der erforderlichen Kabel linear mit der Anzahl der Detektoren, was zu einer zunehmenden Komplexität des Systems führt.

Um die hieraus resultierenden Herausforderungen zu überwinden, entwickelt das IMS Mikrowellen-SQUID-Multiplexer (µMUX) für die Auslese von MMC-basierten Detektor-Systemen. Dieses Multiplexverfahren ermöglicht die Auslese einer Vielzahl von Tieftemperatur-Teilchendetektoren über eine einzige Hochfrequenzleitung. Hierfür wird jeder Detektor an ein nicht-hysteretisches, ungeshuntetes rf-SQUID gekoppelt, das induktiv an einen Mikrowellenresonator gekoppelt ist. In dieser Konfiguration führt ein Detektor-Signal zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz des Resonators. Durch kapazitive Kopplung einer Vielzahl solcher Resonatoren mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen an eine gemeinsame Durchgangsleitung können auf diese Weise mittels Frequenz-Multiplex alle individuellen Detektor-Signale ausgelesen werden. Transmissionsmessungen auf dieser Durchgangsleitung ermöglichen somit die Auslese hunderter Detektoren.