論文の概要: Coupled-Mode Equations with Arbitrary Mode Combinations for Kinetic-Inductance Superconducting Traveling-Wave Parametric Devices: Theory and Experimental Validation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.17264v1
• Date: Mon, 15 Jun 2026 20:14:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-17 17:15:32.131517
• Title: Coupled-Mode Equations with Arbitrary Mode Combinations for Kinetic-Inductance Superconducting Traveling-Wave Parametric Devices: Theory and Experimental Validation
• Title（参考訳）: 動インダクタンス超電導パラメトリックデバイスに対する任意モード結合による結合モード方程式:理論と実験的検証
• Authors: F. Patricio Mena, Camilo Espinoza, Ryan O. Berriel, Ricardo Finger, David J. Thoen,
• Abstract要約: パラメトリック増幅における不必要な高調波と変調生成物の影響について論じる。 適切に説明されていない場合、デバイスの性能が理想的な場合とはかなり異なることが確認できます。 I'_* gg I_C$がデバイス設計に直接影響するという事実。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: The coupled-mode equations (CMEs) have proven very successful in describing parametric processes in nonlinear optics. More recently, the same formulation has been used to model microwave superconducting parametric amplifiers and frequency multipliers. However, when applied to the microwave regime, not all assumptions remain valid and losses play a more dramatic role. Here, we revisit the CMEs applied to traveling-wave superconducting amplifiers to include losses and provide a formulation that enables their systematic derivation for any combination of traveling waves. As examples, we discuss the impact of unwanted harmonics and intermodulation products on parametric amplification, as well as harmonic generation. We verify that, if not properly accounted for, device performance can deviate considerably from the ideal case. Furthermore, using a superconducting CPW-based artificial transmission line and combining an independent experimental determination of its nonlinear parameter $I'_*$ with simulations of its linear properties, we obtain a parameter-free validation of this formulation. The nonlinear parameter was determined to be $I'_* \approx 27$ mA which, surprisingly, scales with the theoretical depairing current and not with the much smaller critical current of the device. For the validation, we measured multiple-harmonic generation and found excellent agreement between theory and experiment. The fact that $I'_* \gg I_C$ has direct implications for device design.
• Abstract（参考訳）: 結合モード方程式(CME)は非線形光学においてパラメトリック過程を記述することに成功している。 最近では、マイクロ波超伝導パラメトリック増幅器と周波数乗算器をモデル化するために同じ定式化が用いられている。 しかしながら、マイクロ波系に適用した場合、すべての仮定が有効であり、損失がより劇的な役割を果たすわけではない。 ここでは、走行波超伝導増幅器に適用されたCMEを損失を含むように再検討し、走行波の組み合わせに対して体系的な導出を可能にする定式化を提供する。 例として、不要な高調波と変調生成物がパラメトリック増幅および高調波発生に与える影響について論じる。 適切に説明されていない場合、デバイスの性能が理想的な場合とはかなり異なることが確認できます。 さらに, 超伝導CPWを用いた人工伝送線を用いて, 非線形パラメータ$I'_*$の独立な実験的決定と線形特性のシミュレーションを組み合わせることにより, この定式化のパラメータフリーな検証を行う。 非線形パラメータは$I'_* \approx 27$ mAと判定された。 検証のために,複数高調波発生を測定し,理論と実験の間に優れた一致を見出した。 I'_* \gg I_C$がデバイス設計に直接的な意味を持つという事実。

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