Microwave applications of superconducting materials

A fundamental limitation towards achieving high quality factors in superconducting radio-frequency cavities is the so-called residual resistance. Understanding and controlling the residual resistance has important implications towards improving the efficiency and reduce the operating cost of continuous wave superconducting linear accelerators. In this contribution we will report on the residual resistance values obtained from measurements of the quality factor of a large set of cavities, with resonant frequency between 805 MHz and 1.5 GHz, all of them processed and tested at Jefferson Lab. Surface treatments included both buffered chemical polishing and electropolishing. The results indicate an approximate value of the residual resistance of about 7-10 nΩ.

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“…The lowest values of R res which have been measured in Nb are about 0.5-2 nΩ [4] but these are difficult to reproduce regularly.…”

Section: Review Of Contributions To R Resmentioning

confidence: 92%

Residual Resistance Data From Cavity Production Projects at Jefferson Lab

Ciovati

Geng

Mammosser

et al. 2011

IEEE Trans. Appl. Supercond.

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“…Instead, the surface resistance approached a nonzero limiting or residual value, R res , whose value was not intrinsic to the superconductor (often niobium) but instead dependent on the quality and production methods of the materials used; cavity fabrication and assembly procedures; surface conditions including oxidation, polishing methods, and protective coatings; heat treatments, bake-out and cooldown protocols; magnetic shielding and flux trapping, etc. With sufficient attention to these details, remarkably high resonator quality factors were achieved, of order Q r $10 11 or higher (35)(36)(37)(38)(39)(40)(41).…”

Section: Superconducting Cavity Resonatorsmentioning

confidence: 99%

Superconducting Microresonators: Physics and Applications

Žmuidzinas

2012

Annu. Rev. Condens. Matter Phys.

599

597

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Interest in superconducting microresonators has grown dramatically over the past decade. Resonator performance has improved substantially through the use of improved geometries and materials as well as a better understanding of the underlying physics. These advances have led to the adoption of superconducting microresonators in a large number of low-temperature experiments and applications. This review outlines these developments, with particular attention given to the use of superconducting microresonators as detectors.

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“…La fréquence limite d'emploi d'un supraconducteur est une fonction croissante de la largeur de la bande interdite du supraconducteur, et donc de sa température critique [15]. Pour le niobium (Tc = 9,2 K) la fréquence limite est ainsi de 720 GHz.…”

Section: 1 2 La Diode Métal-isolant-métal(mim)unclassified

“…En ce qui concerne l'exactitude et la reproductibilité, l'horloge à césium leur est encore supérieure ( 10 -13) suivie par le maser à hydrogène (10)(11)(12) [1][2][3]. De ce point de vue, les valeurs typiques pour les lasers se trouvent dans la gamme de 10-10 à 10-11 [1][2][3], mais une reproductibilité possible de 3 x lO-14 a été estimée pour le laser télescopique He-Ne (CH4) [11], dont la courbe de stabilité est indiquée sur la figure 1. Contrairement aux masers ou lasers, l'oscillateur à cavité supraconductrice (SCSO) n'utilise pas une résonance atomique ou moléculaire, mais une résonance électromagnétique dans une cavité supraconductrice, dont le coefficient de surtension Q se situe entre 108 et 1011 [15]. La stabilité de fréquence d'un générateur étant directement liée au coefficient de surtension de l'élément résonnant qui lui est associé, le SCSO est, à l'heure actuelle, le seul générateur dont la stabilité à court terme est meilleure que 10 -15 (Fig.…”

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“…Comme on le verra plus loin ( § 5), il sera intéressant d'utiliser un tel générateur comme élément de départ d'une chaîne de synthèse de fréquences optiques. Les fréquences de résonance du SCSO s'étendent actuellement dans la gamme des micro-ondes, de 3 à 10 GHz [15][16][17], mais leur utilisation semble possible jusqu'à des fréquences proches de 100 GHz. De tels oscillateurs sont actuellement Fig.…”

unclassified

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Synthèse et mesure des fréquences optiques

Jiménez¹

1979

Rev. Phys. Appl. (Paris)

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2014 Les lasers à gaz stabilisés en fréquence par absorption saturée sont actuellement acceptés comme étalons secondaires de fréquence et de longueur dans le domaine optique. Les caractéristiques de stabilité et reproductibilité en fréquence de ces différents lasers sont passées en revue. La synthèse de fréquences, par mélange dans un dispositif non linéaire à large bande passante de plusieurs faisceaux lasers, permet la mesure de fréquences comprises entre les micro-ondes et l'infrarouge proche. La synthèse à partir de deux lasers à gaz carbonique nous a permis de mesurer la fréquence du laser He-Ne à 88 THz (3,39 03BCm). La plage de mesure peut être élargie en utilisant les différents isotopes du CO2. Plusieurs types de dispositifs non linéaires sont capables de réaliser le mélange des fréquences optiques. Une étude de leurs caractéristiques comme détecteur et mélangeur montre les domaines respectifs possibles de fonctionnement. Plusieurs d'entre eux sont susceptibles de travailler à des fréquences infrarouges, et la possibilité d'étendre leur fonctionnement jusqu'au visible est signalée. L'utilisation de nouveaux dispositifs, tels que l'oscillateur à cavité supraconductrice et le laser à alcool méthylique (qui possèdent des raies d'émission très étroites), dans un nouveau schéma de raccordement entre les fréquences radioélectriques et optiques, permet d'envisager la mesure de la fréquence du laser à méthane à 3,39 03BCm avec une précision de l'ordre de 10-12. Abstract. 2014 Saturated-absorption stabilized gas lasers provide, in the optical region, accepted secondary frequency and length standards. Frequency stability and reproducibility of these lasers are reviewed. Using a broadband nonlinear device as a mixer, frequency synthesis of different lasers extend the frequency measurement range from microwaves to the near infrared. Using two carbon dioxide lasers, we have been able to measure the He-Ne laser frequency at 88 THz (3.39 03BCm). The frequency measurement range may be increased using different CO2 isotopes. Several nonlinear devices are able to mix optical frequencies from the submillimetric to the infrared wavelength. We review their characteristics as detectors and mixers, and we point out the possibility to extend it to the visible range. The use of new devices, the cavity stabilized superconducting oscillator and the methyl alcohol laser, with very narrow linewidths, inserted in a new laser frequency synthesis chain, should permit measurements of the methane laser frequency at 3.39 03BCm to parts in 1012.

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Microwave applications of superconducting materials

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Residual Resistance Data From Cavity Production Projects at Jefferson Lab

Residual Resistance Data From Cavity Production Projects at Jefferson Lab

Superconducting Microresonators: Physics and Applications

Synthèse et mesure des fréquences optiques

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