[发明专利]高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器

说明书

技术领域

本发明属于光探测技术领域，涉及一种超导纳米线单光子探测器，具体是涉及一种高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器，特别是涉及一种基于金属纳米线的高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器。

背景技术

超导纳米线单光子探测器(SuperconductingNanowireSinglePhotonDetector,SNSPD)是一种新型的单光子探测器，可以实现从可见光波段到红外波段的单光子探测。

SNSPD一般工作在低于4K的低温环境下，并加一略小于临界电流的偏置电流。当单光子被超导纳米线条吸收时，库珀电子对被破坏产生大量的热电子，在局部形成热点区域；如果光子能量足够高，产生的热点足够大，最终会在纳米线条上形成有阻区，纳米线条失超。经过一段弛豫时间之后，热电子与声电子相互作用重新形成库珀电子对，纳米线条重新恢复超导态。实际检测中，通过检测该有阻区来实现单光子的探测。

目前，超导纳米线单光子探测器的综合性能良好，具有暗计数低、探测速率高等优点，在量子通信、量子计算、深空通信、非线性光学等众多领域中具有十分重要的应用前景。

与半导体单光子探测器相比，现有的超导纳米线单光子探测器存在一突出特点：由于纳米线条光栅结构的各向异性，吸收率对入射光的偏振方向具有一定的敏感性。在应用方面，可以利用这一特性将它应用在偏振控制系统作为光传感器，或是应用在偏振编码的量子通信系统中作为接收端探测器。但是，目前的单光子探测器的性能表现并不理想。一方面，具有较高光吸收率的单光子探测器，其偏振消光比往往比较低，无法满足实际应用场合中对高偏振消光比的要求，从而制约了超导纳米线单光子探测器在实际中的应用范围。另一方面，现有的少数具有高偏振消光比的单光子探测器，其光吸收率都比较低，严重限制了系统效率的提高。

因此，为了满足超导纳米线单光子探测器的实际应用需求，提供一种高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器非常必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于金属纳米线的高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器，用于解决现有技术中超导纳米线单光子探测器光吸收率偏振消光比不够高且效率较低的问题。

为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于金属纳米线的高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器，包括：

衬底；

介质半反镜，结合于所述衬底表面；

下光学腔体，结合于所述介质半反镜表面；

NbN纳米线，呈周期性蜿蜒结构结合于所述下光学腔体内部；

上光学腔体，结合于所述下光学腔体表面；

金属纳米线，呈周期性结构结合于所述下光学腔体与上光学腔体之间；

全反镜，结合于所述上光学腔体表面。

作为本发明的基于金属纳米线的高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述介质半反镜与全反镜构成光学谐振腔，通过调节所述介质半反镜的厚度，针对处于有效偏振状态的入射光，可以使所述超导纳米线单光子探测器的效率提高。

作为本发明的基于金属纳米线的高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述NbN纳米线呈周期性蜿蜒结构，通过调节所述NbN纳米线的位置，可以使所述超导纳米线单光子探测器的偏振消光比提高。所述偏振消光比是指，探测器对两种不同偏振光吸收效率的比值。

作为本发明的基于金属纳米线的高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述呈周期性结构的金属纳米线与所述全反镜构成复合反射镜，通过调节所述金属纳米线的位置以及尺寸，可以使所述超导纳米线单光子探测器的偏振消光比提高。

作为本发明的基于金属纳米线的高偏振消光比且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述介质层的材料包括硅或GaAs等材料；所述下光学腔体和上光学腔体的材料包括二氧化硅、一氧化硅等材料；所述NbN纳米线厚度介于4纳米到8纳米之间，可包裹在所述下光学腔体的中间、上端或者下端位置；所述金属纳米线的材料包括金、银等金属材料；所述全反镜的材料为金属或布拉格多层介质反射镜。