[发明专利]一种基于超导纳米线的单光子偏振探测器件及其实现装置

说明书

本申请涉及一种基于超导纳米线的单光子偏振探测器件及其实现装置，包括：衬底；像元层，像元层置于衬底上；其中，像元层包括一个或多个超像元单元；每个超像元单元包括至少四个像元单元，像元单元由一条蜿蜒曲折的超导纳米线构成；且每个像元单元的超导纳米线结构的平行方向的角度各不同；利用四个超像元对偏振光的偏振角的光响应计数可以实现对线性偏振光的偏振态求解。与现有的半导体偏振探测器相比，本申请中的超导纳米线结构具有线偏振器和光子探测器的双重功能，不仅集合了超导纳米线结构单光子探测器自身的优点，还具有器件规模可拓展、结构简单等特点，有望应用于微弱光环境下的偏振探测及成像、量子通信、天文观测等。

技术领域

本申请涉及光探测领域，特别涉及一种基于超导纳米线的单光子偏振探测器件及其实现装置。

背景技术

偏振是光的一个重要信息。偏振探测(polarization detection，PD) 作为强度探测的一个有益补充，可以把信息量从三维(光强、光谱和空间) 扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭圆和旋转的方向)，有助于提高目标探测和地物识别的准确度。

现有的半导体偏振探测器的结构一般分为分时探测、分振幅探测、分孔径探测和分焦平面探测，其中集成度最高的分焦平面结构是把不同偏振方向的微偏振片集成在CCD像元的焦平面上，每四个像元组成一个超像元，实现对Stokes参量的实时探测。

但现有的半导体偏振探测器的微偏振片与CCD像元间的匹配误差以及像元消光比的均匀性要求，会提升工艺的难度。而且现有的半导体偏振探测器的光电探测性能依赖于底层集成的CCD像元阵列，一般灵敏度未达到单光子级别，特别是在近红外波段的性能，比如单光子的探测效率、暗计数率、探测速率、集成度等仍亟待提升。

发明内容

本申请实施例要解决的是现有的半导体偏振探测器的微偏振片与CCD 像元间的匹配误差以及像元消光比的均匀性要求，会提升工艺的难度。而且现有的半导体偏振探测器的光电探测性能依赖于底层集成的CCD像元阵列，单光子探测灵敏度低，性能不高等不足。

为解决上述技术问题，一方面，本申请实施例提供了一种基于超导纳米线的单光子偏振探测器件，该探测器件包括：

衬底；

像元层，像元层设置于衬底；

其中，像元层包括一个或多个超像元单元，多个超像元单元等间距排列；超像元单元包括至少四个像元单元，至少四个像元单元等间距排列；像元单元在预设平面上的投影面积相同，像元单元包括等间距且平行排列的超导纳米线结构，超导纳米线结构依次首尾相连，至少四个像元单元中的每个像元单元的超导纳米线结构的平行方向与预设方向的角度不同。

可选的，超导纳米线对与超导纳米线平行和与超导纳米线垂直这两个方向的偏振光具有吸收差异，且至少四个像元单元中得像元单元的偏振消光比分布均匀。

可选的，超像元单元包括四个像元单元，四个像元单元用于提供对偏振光的光响应计数，偏振光的光响应计数用于联合求解线性偏振光的偏振态，偏振态包括偏振角、线性偏振度(DoLP)、偏振角度(azimuth)、线性偏振光的S1参数和线性偏振光的S2参数中的一种或者多种。

可选的，超导纳米线结构包括1条超导纳米线或者多条等间距、等长度且平行排列的超导纳米线。

可选的，像元单元的形状为方形、圆形或者三角形。

可选的，衬底包括第一二氧化硅层、第一硅层和第二二氧化硅层；

第一二氧化硅层、第一硅层和第二二氧化硅层依次层叠设置。

可选的，衬底还包括绝缘介质层、金属光栅层和金属反射镜层；

绝缘介质层设置于第一二氧化硅层；