Abstract
本文發展了可將電容標準經由交流電阻標準追溯至量化霍爾電阻之量測系統。此系統由交/直流可計算式電阻器、交流電阻電橋、電容電橋及直角電橋組成。藉由傳輸線及電磁理論，交/直流可計算式電阻器於DC至10 kHz範圍之電阻值被精確的計算。計算結果顯示，當頻率低於6 kHz，交/直流可計算式電阻器電阻值隨頻率之變化< 10-8，可被忽略。因此，我們可藉由交/直流可計算式電阻器來連結量化霍爾電阻(DC)及交流電阻標準。為了能精確的以交流電阻電橋、電容電橋及直角電橋來比較阻抗，我們提出簡化的等效電路並推導完整的電橋平衡方程式。經由此量測系統，10 pF電容標準經由交流電阻標準追溯至量化霍爾電阻於頻率為1592 Hz時其不確定度為8.8 X 10-8。 電感式分壓器是交流電阻電橋、電容電橋及直角電橋等阻抗電橋的關鍵組件。為了校正電感式分壓器，我們設計並測試一新的、符合四端點對阻抗定義的可自動依序切換電容器(automated permuting capacitor device)。此可自動依序切換電容器由11個表面黏著電容器組成，此11個電容以對稱排列方式組裝於一個由整塊金屬加工出的機構中。因此，此自動依序切換電容器之體積很小，其機構可被溫控至溫度變化小於幾個mK。藉由使用微波同軸開關，於校正過程中，此自動依序切換電容器可用電訊號快速且自動切換。相較於手動切換，以電訊號自動切換，使此自動依序切換電容器避免人為溫度擾動。歸功於溫度穩定度的改進，此自動依序切換電容器之電壓係數及雜散阻抗可被精確的驗證。 使用此自動依序切換電容器於1-2 kHz頻率範圍可精確的校正電感式分壓器，其方法較簡單且不確定度為3X10-8，與典型的電感式分壓器校正方法(straddling method)相當。 我們也分析了光調制散射振子天線(optically modulated scatterer probes)的響應，此光調制散射振子天線具備了圓形指交叉結構的光導開關(circular-interdigit structure photoconductive switch)及天線。由理論分析知，光調制散射振子天線的響應由光導開關及天線的阻抗決定。本論文對光導開關及天線之阻抗進行計算與量測，並且提出光調制散射振子天線響應與其阻抗的最佳化關係。