KIP-Veröffentlichungen

Für die Auslesung von kryogenen Detektoren werden häufig supraleitende Quanteninterferenzdetektoren (SQUIDs) verwendet, welche eine intrinsische Kompatibilität mit der Betriebstemperatur des Detektors, ein nahezu quantenlimitiertes Rauschverhalten und eine große Auslesebandbreite bieten. Um eine lineare Skalierung der Systemkomplexität bei der Auslese von mehrkanaligen Detektorarrays zu vermeiden, wurden in der Vergangenheit mehrere SQUID-basierte Multiplexverfahren entwickelt. Deren Anwendung ist jedoch oft sehr anspruchsvoll. Daher wurde in dieser Arbeit ein einfach anzuwendendes MHz-Frequenzmultiplexverfahren für dc-SQUIDs weiterentwickelt, indem eine neue Auslesekette in Betrieb genommen und optimiert wurde. Zusätzlich wurde eine FPGA-basierte Ausleseelektronik mit einem individuell entwickelten Softwarepaket in Betrieb genommen. Durch Anlegen von Testsignalen an jedes SQUID und kontinuierliches Auslesen des Multiplexers mit der Ausleseelektronik konnte erstmals eine Online-Flussrampen-Demodulation mit effektiven Abtastraten von bis zu 1.2MHz durchgeführt werden, wodurch die Funktionalität des Multiplexverfahrens demonstriert wird. Eine Rauschanalyse und eine Messung des Übersprechens zeigten, dass das Multiplexer Design weiter optimiert werden kann, um die bestmögliche Leistungsfähigkeit zu erreichen. Die Online-Flussrampen-Demodulation mit hohen effektiven Abtastraten ebnet den Weg für mehrkanalige Spektrumsmessungen mit großer Statistik und ermöglicht damit erstmals die Anwendung dieser Multiplextechnik in Experimenten.

For the readout of cryogenic detectors superconducting quantum interference devices (SQUIDs) are often used since they offer an intrinsic compatibility with the detector operation temperature, a near quantum-limited noise performance and a large readout bandwidth. To avoid a linear scaling of the overall system complexity when reading out multi-channel detector arrays, several SQUID-based multiplexing techniques were developed in the past. However, their application is often challenging. Therefore, in this thesis an easy-to-use MHz frequency-division dc-SQUID multiplexing technique was advanced by designing and optimising the readout chain. Additionally, a FPGA-based readout electronics with a custom software package was put into operation. By applying test signals to each SQUID and reading out the multiplexer continuously with the readout electronics, an online flux ramp demodulation could be performed for the first time with effective sampling rates up to 1.2MHz proving the functionality of the multiplexing system. A noise analysis and crosstalk measurement showed that the multiplexer design can be optimized further to achieve the best possible device performance. The online flux ramp demodulation with high effective sampling rates pave the way for high-statistic, multi-channel spectrum measurements and therefore allow for the first time the application of this multiplexing technique in real experiments.