超導單光子探測器的波長回響及其機理研究

《超導單光子探測器的波長回響及其機理研究》是依託南京大學，由張蠟寶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超導單光子探測器的波長回響及其機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張蠟寶
• 依託單位：南京大學

項目摘要

超導單光子探測器具有回響波段寬、暗計數低、探測速率快、量子效率高等特點，在工業技術、科學研究、公共安全和軍事國防等領域具有重要的套用前景。超導單光子探測器的實驗研究已取得突破性進展,但器件回響波長遠低於理論值,其原因尚不明確。本項目擬研究超導單光子探測器的波長回響特性。通過設計並製備原型器件，實驗分析超導單光子探測器的光譜回響曲線，研究超導單光子探測器器件幾何結構對可見和紅外光子探測效率的影響。引入輔助外場，設計並製備原型器件，研究磁場對器件能隙的調節作用,以及對器件電學特能和回響波長的影響。基於經典電磁場理論和BCS理論，分別從巨觀和微觀角度分析如上原型器件對光子的吸收、反射和透射特性，結合實驗結論研究影響器件波長回響特性的物理因素。本項目對進一步深入了解超導單光子探測器的物理機制，設計和研製新探測器都有重要意義。

結題摘要

波長回響是超導單光子探測器(SSPD)基本的特性之一，也是研究器件工作機制的重要途徑。本項目以實驗研究為主，結合理論分析和數值模擬研究超導單光子探測器波長回響特性及其機制。通過最佳化薄膜生長和微納米加工工藝，製備了常規超導單光子探測器和帶諧振腔超導納米線單光子探測器器件，基於搭建的器件效率分析表征平台，獲得了不同偏置電流下器件的波長回響特性。實驗表明，探測效率隨偏置電流的增加呈S曲線趨勢增加；納米線超導臨界電流和偏置電流對器件波長回響具有顯著的影響；超導臨界電流越小，器件長波長探測效率越高；偏置電流越小，器件探測效率降低。因此，我們提出，在單個探測周期內，入射光信號能量越大，器件超導能隙越小，超導單光子探測器的探測能力越強。基於上述結論，通過最佳化納米線工藝，減小納米線尺寸和超導臨界電流，提高器件長波長回響能力，獲得了具備2 m波段回響的超導單光子探測器。與此同時，我們發現在器件偏置電流較低時超導單光子探測器有多光子回響現象。