[发明专利]用于单光子探测系统中光纤和超导薄膜对光的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于单光子探测技术领域，具体涉及一种用于单光子探测系统中将光纤和超导薄膜进行对光的装置及方法。

背景技术

单光子探测器是对光子等单量子物质极为敏感的一种装置，在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射(OTDR)、量子密钥分发系统(QKD)等领域有着广泛的应用。由于这类探测器都是工作在低于1K的温区内，对比普通的半导体光子探测器(如光电倍增管及雪崩光电二极管)而言，它们以其独有的高探测灵敏度，低背景噪声，低暗记数率以及较快的信号响应速度等特点成为了光子探测器中的佼佼者。

近年来，一种基于超导临界状态转换的超导边界转变传感器(Transition-Edge Sensors,TES)得到飞速发展，其原理是，当光子照射到通有一定电流的超导薄膜上时，光子被薄膜吸收所产生热量使局部温度升高到超导临界温度，从而形成局部非超导态，这一非超导区的存在会明显改变回路电阻，从而产生一个可探测的电流变化，通过这一变化电流的测量实现单光子探测的目的。

为了使光子准确的落入到超导薄膜的感光处，通常需要将用于传导光子的光纤对准超导薄膜的感光处，然后将二者粘接固定。传统的粘接方式主要是通过一根很细的探针将紫外固化胶等液体胶水滴落到对位好的光纤与超导薄膜的感光处之间，然后等待液体胶水自然固化或者用紫外灯照射使其加速固化。由于超导薄膜和光纤的尺寸都非常小，紫外固化胶等胶水液滴由于滴落过程中的分布不均匀等原因很容易在此对光过程中造成光纤移位，使粘接后的光纤与超导薄膜的感光处错位，从而造成对光失败。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种粘接效果好，不易使光纤错位且操作方便的对光装置和对光方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于单光子探测系统中光纤和超导薄膜对光的装置，包括用于放置超导薄膜的载物台，靠近载物台设置的位移平台，位移平台设置有可开合的机械手，机械手用于夹紧光纤，还包括与位移平台机械手相连的对光机构，所述对光机构包括可纵向开合的套管，套管的内壁覆盖有石蜡，光纤穿设于套管内并被石蜡包裹；通过熔化的石蜡自然下降再凝固从而将光纤粘接在超导薄膜上。

优选地，所述对光机构还包括控制器以及设于套管外壁的加热单元，控制器与加热单元电连接，用于控制加热单元工作。

优选地，所述对光机构还包括设于套管外壁的温度传感器，温度传感器与控制器电连接，用于向控制器反馈套管温度。

优选地，还包括显微镜以及为显微镜提供照明的照明机构，所述显微镜和照明机构均通过可在XYZ轴方向自由移动的支架固定。

优选地，还包括与显微镜相连的显示单元，用于显示显微镜所观察的图像。

一种用于单光子探测系统中光纤和超导薄膜对光的方法，使用上述的对光装置，包括以下步骤：

步骤一、打开涂覆有石蜡的套管，并将光纤放入套管内；

步骤二、将光纤头部对准超导薄膜的感光处；

步骤三、加热套管，使石蜡融化并缓慢下降，填充光纤头部和超导薄膜感光处的空隙；

步骤四、停止加热，使石蜡自然冷却，使光纤头部和超导薄膜感光处固定。

优选地，在步骤二中，光纤头部与超导薄膜的感光处的距离为10微米至1毫米之间，或者为光纤直径的四分之一至两倍之间。

优选地，在步骤三中，套管被加热的温度为47摄氏度至64摄氏度。

本发明的有益效果是：本发明所提供的用于单光子探测系统中光纤和超导薄膜对光的装置及方法，在显微镜下对光纤和超导薄膜进行对位，然后通过加热单元将石蜡加热到熔点熔化，熔化了的石蜡顺着光纤滑落到超导薄膜上凝固从而将光纤粘接到超导薄膜上，由于石蜡是顺着光纤自然均匀的滑落，光纤受力均匀，在此过程中不会发生偏移错位，粘接好后打开套管可快速将光纤取出。

附图说明

图1是本发明对光装置的结构示意图；

图2是本发明对光机构的示意图。

附图标记说明：1、载物台；2、位移平台；21、机械手；3、对光机构；31、套管；32、石蜡；33、加热单元；4、显微镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

第一部分：对光装置的实施例