[发明专利]一种双带宽的超导纳米线单光子探测器

说明书

本发明公开了一种双带宽的超导纳米线单光子探测器，包括衬底、第一布拉格反射镜、硅层、二氧化硅层、氮化铌纳米线和第二布拉格反射镜；第一布拉格反射镜和第二布拉格反射镜中均包含有若干个周期的周期性介质层，且第一布拉格反射镜和第二布拉格反射镜所包含的周期数不同；第一布拉格反射镜设置在衬底的上表面，硅层设置在第一布拉格反射镜的上表面，二氧化硅层设置在硅层的上表面，氮化铌纳米线设置在二氧化硅层内部，第二布拉格反射镜设置在二氧化硅层的上表面。本发明的单光子探测器对G652和G655两种单模光纤所对应波段的光子的光子吸收率均超过95%，具有产业应用价值。

技术领域

本发明涉及一种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（Superconducting Nanowire Single PhotonDetector,SNSPD）是一种基于超导材料由超导态向正常态转变的新型的单光子探测器。它具有高探测效率、低暗计数、小时间抖动和快恢复时间等良好的综合性能。基于SNSPD的卓越性能已经被应用于量子通信、深空通信、集成电路检测、激光测距等众多领域。

在SNSPD的应用中，量子秘钥分配是其中最主要的应用之一。在利用SNSPD探测光子实现信息传输的过程中，探测器的效率决定了系统的误码率。因此，为了提高SNSPD的探测效率，目前最主要的方法是采用光学谐振腔。将超导纳米线置于谐振腔内提高纳米线的吸收效率进而提高SNSPD的探测效率。然而这种简单的光学谐振腔往往只能实现SNSPD在一个波长处的高效特性，其它波长探测效率反而会降低。因此，这种SNSPD只适用于单通道的信息传输。

发明内容

本发明所要解决的问题是：设计一种超导纳米线单光子探测器，使其能够探测两个波段的单光子，甚至能够探测更多波段的单光子。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

一种双带宽的超导纳米线单光子探测器，包括衬底、第一布拉格反射镜、二氧化硅层、氮化铌纳米线和第二布拉格反射镜；第一布拉格反射镜和第二布拉格反射镜中均包含有若干个周期的周期性介质层，且第一布拉格反射镜和第二布拉格反射镜所包含的周期数不同；第一布拉格反射镜设置在衬底的上面，二氧化硅层设置在第一布拉格反射镜的上表面，氮化铌纳米线设置在二氧化硅层内部，第二布拉格反射镜设置在二氧化硅层的上表面。

进一步，还包括用于调节第一布拉格反射镜相位的硅层；硅层设置于第一布拉格反射镜和二氧化硅层之间。

进一步，第一布拉格反射镜由14个周期的周期性介质层所组成；第二布拉格反射镜由3个周期的周期性介质层所组成。

进一步，第一布拉格反射镜的周期性介质层由两种不同材质的两个介质层叠加而成；所述两个介质层的两种材质分别为二氧化硅和五氧化二钽。

进一步，第二布拉格反射镜的周期性介质层由两种不同材质的两个介质层叠加而成；所述两个介质层的两种材质分别为二氧化硅和五氧化二钽。

进一步，第一布拉格反射镜的中心波长为1425nm-1445nm。

进一步，第二布拉格反射镜的中心波长为1440nm-1460nm。

进一步，二氧化硅层的厚度为415nm-425nm；氮化铌纳米线的宽度为45nm-55nm，厚度为4nm-7nm，占空比为20%-30%。

进一步，氮化铌纳米线距离二氧化硅层的下表面340nm-350nm。

进一步，硅层的厚度为70nm-80nm。