[发明专利]超导纳米线单光子探测器

说明书

本发明提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器包括至少一层超导纳米线结构，所述超导纳米线结构包括若干条平行间隔排布的直线部及将所述直线部依次首尾连接的第一连接部；其中，所述直线部包括至少两条平行间隔排布的超导纳米线，各所述直线部内的所述超导纳米线经由所述第一连接部相连接。通过将超导纳米线结构的直线部设置为至少两条平行间隔排布的超导纳米线，可以降低器件的总电感，提升器件的响应速度，器件内的电流得以提升，提高器件的信噪比。

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，特别是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)是近年发展起来的新型单光子探测器，可以实现可见光到近红外波段的高效单光子探测。由于其高量子效率、低暗计数、高探测速率、低时间抖动等优势，SNSPD已迅速应用于量子信息技术、激光通信、星地测距、生物荧光探测、深度成像等应用中。

SNSPD主要采用低温超导超薄薄膜材料，比如NbN、Nb、NbTiN、WSi等。典型厚度约为5-10nm，器件通常采用100nm左右宽度的曲折纳米线结构。SNSPD工作时置于低温环境中(<4K)，器件处于超导态，并加以一定的偏置电流I_b，I_b略小于器件临界电流I_c。当单个光子入射到器件中的纳米线条上时，会拆散库珀对，形成大量的热电子，从而形成局域热点，热点在偏置电流I_b的作用下由于焦耳热进行扩散，最终使得纳米线条局部失超形成有阻区。之后热电子能量通过电声子相互作用传递并弛豫，再重新配对成超导态的库珀对。由于超导材料的热弛豫时间很短，因此当SNSPD接收到单个光子后，就会在器件两端产生一个快速的电脉冲信号，从而实现单光子的探测功能。

大面积单光子探测技术在量子通讯和自由空间耦合技术方面有着广阔的应用前景，尤其是对有着高探测效率，低暗计数，低时间抖动和高计数率特点的超导纳米线单光子探测器(SNSPD)。然而由于采用了纳米曲折线结构，纳米线总长度随面积平方量级地增长，动态电感迅速增大，器件的计数率大幅下降。如何提高大面积SNSPD器件速度成为研究中需要解决的重要问题

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由于采用单根纳米曲折线结构，纳米线总长度随着面积呈平方量级地增长，从而导致的动态电感迅速增大，器件的计数率大幅下降的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器包括至少一层超导纳米线结构，所述超导纳米线结构包括若干条平行间隔排布的直线部及将所述直线部依次首尾连接的第一连接部；其中，所述直线部包括至少两条平行间隔排布的超导纳米线，各所述直线部内的所述超导纳米线经由所述第一连接部相连接。

作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述第一连接部为超导纳米线。

作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线结构还包括第二连接部，所述第二连接部位于所述直线部内，且位于所述直线部内平行间隔排布的超导纳米线之间，并将所述直线部内相邻的所述超导纳米线相连接。

作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，各所述直线部内所述第二连接部的数量均为多个，位于同一直线部内的多个所述第二连接部平行间隔排布。

作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述第二连接部的长度方向与所述直线部内的超导纳米线的长度方向相垂直。

作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述第二连接部为超导纳米线。