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高温超导材料具有十分广阔的应用前景，以其制作的高性能约瑟夫森结器件具有高度的非线性、极高的工作频率、高分辨率和高反应速率、量子极限的灵敏度、低功耗低噪声等突出优点，在混频、太赫兹信号产生及检测、电压计量和超高速数字电路等方面获得了十分广泛的研究和应用。本论文通过仿真和实验的方法对双晶约瑟夫森结的特性以及在外加微波辐照下的双晶结阵列的相关特性和应用进行了系统的研究，其主要成果如下：
1.成功实现了高温超导约瑟夫森结阵列与Fabry-Perot谐振器的一种微波能量耦合方法。通过调节外加电场的方向及结阵列在谐振腔中的位置，在77.465GHz的微波辐照频率及79.2K温度下，我们首次在高温超导材料制备的620个双晶结的串联阵列上观察到电压为0.1V的夏皮罗台阶，台阶幅度为0.17mA。这在国际上尚属首例，并且在电压基准以及太赫兹信号发生和接收方面的应用具有重要的意义。
2.在双晶约瑟夫森结阵列的应用中，双晶结性能的一致性非常重要。通过在双晶约瑟夫森结阵列上溅射并联金电阻层的方法，双晶结性能的一致性得到了极大的改善。整个结阵列中双晶结的临界电流Ic的不均匀性小于3.5％，常态电阻Rn的不均匀性小于3.0％。我们现可在10×10m㎡的YSZ基片上制作出包含800个结左右的均匀一致的串联双晶结阵列。
3.研究了不同双晶约瑟夫森结阵列的设计方案，最后发现半波长带线的弯曲型双晶结阵列结构可以使耦合电流在通过双晶结阵列时均匀一致，并且增大结阵列与外加微波场的耦合效率。
4.通过软件模拟仿真和实验，研究了嵌入到Fabry-Perot谐振腔的高温超导约瑟夫森结阵列的工作机理。发现在一定条件下，嵌入在谐振腔的双晶结阵列结构可以被认为是一个极化器，同时双晶结两端的带线组成半波天线阵列，既加强与外界能量耦合同时又确保通过整个结阵列中双晶结的电流均匀一致。在应用时要求外加微波的电场方向必须与平行带线的栅结构互相垂直，并且结阵列要被放置在谐振腔中最大电场强度的位置。