Development of a digital SQUID magnetometer for widely varying fields in urban environment

Die präsentierte Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuartigen Digital-SQUIDSensors
zurMagnetfeldmessung. Supraleitende GleichstromQuanten-Interferometer (DC-SQUID)
sind nachwievor die hochstempfindlichstenMagnetfeldsensoren. Sie erreichen Empfindlichkeiten
imFemtotesla-Bereich, aber bedingt durch die Flussperiodizitätwird eine externe Flussregelschleife
(flux-locked loop, FLL) benötigt. Die dadurch entstehenden Beschränkungen führen zu Problemen
beimMessen von Feldern mit hohem Dynamikbereich und/oder starken Signalanstiegen. Das
vorgestellte Digital-SQUID Konzept liefert einen bedeutenden Beitrag zum Lösen dieser Probleme.
Es ist gekennzeichnet durch eine dreiwertige Signaldarstellung auf der Basis der supraleitenden
Einzelflußquantenelektronik (engl. Single Flux Quantum, SFQ) und durch die Eigenschaften
• geringe Schaltungskomplexität, technologieunabhängige Schaltungstopologie,
• hoher Eingangs-Dynamikbereich,
• geringe Leistungsaufnahme, geringer Platzbedarf und
• intrinsisch digitales Ausgangssignal.
Bei der Untersuchung des neuen Konzeptes wurde der Schwerpunkt auf die unkonventionelle
Strom-versorgung bei gleichzeitiger Anwendung der SFQ-Technik gelegt. Zusätzliche Studien
zur Anwendbarkeit in einer weniger zuverlässigen Technologie führten zu einem kompletten Entwurf
eines Hochtemperatursupraleiter (HTSL) Digital-SQUID Magnetometers. Der Großteil der
Arbeit ist der Realisierung von Tieftemperatursupraleiter (TTSL) Digital-SQUID Magnetometern,
hergestellt in der FLUXONICS Foundry Niob-Technologie das IPHT Jena, gewidmet. Der
experimentelle Teil beinhaltet Tests von SFQ-Interface-Schaltungen, ausführliche Digital-SQUID
Experimente sowie erste Magnetfeldmessungen mit Hilfe eines Digital-SQUID-Magnetometers
in magnetisch unabgeschirmter Umgebung. Erste Experimente mit hybriden Sensoren liefern
vielversprechende Ergebnisse in Hinblick auf ein Hybrid-Digital-SQUID-Magnetometer mit den
Vorzügen beider Teilsysteme: die hoheMagnetfeldempfindlichkeit des DC-SQUID Sensors sowie
der hohe Dynamikbereich das Digital-SQUID-Systems.