[发明专利]一种超导单光子探测器探测效率测试装置与方法

说明书

本发明提供了一种超导单光子探测器探测效率测量装置及方法，其中装置由宽光谱相对探测效率测量系统和特殊波长点下的绝对探测效率测量系统组成。测量方法是首先完成超导单光子探测器在特定偏振条件下的宽波段相对探测效率测量，获取相对探测效率曲线；然后在同一偏振条件下进行数个特殊波长点下的绝对探测效率测量，并用该波长点下的绝对探测效率对相对探测效率曲线进行校正，从而实现特定偏振条件下宽波段绝对探测效率的精确测量。本发明方法较为简易和快捷，用于实现对超导单光子探测器在宽光谱范围下探测效率的绝对测量；同时实现在不同入射光偏振态下对超导单光子探测器探测效率的测量。

技术领域

本发明属于单光子探测技术领域，具体涉及一种超导单光子探测器探测效率测试装置与方法。

背景技术

以量子通信、量子计算和量子精密测量为代表的量子信息技术的发展离不开各类极限灵敏度探测器的有效支撑。单光子探测技术作为极限灵敏度光信号测量技术，已经成为量子信息技术领域发展不可或缺的关键核心技术之一。在紫外-可见光波段目前应用较为广泛的单光子探测器主要有光电倍增管、基于硅材料的雪崩光电二极管。近红外波段的单光子探测器主要为InGaAs材料的雪崩光电二极管，但由于其探测效率和时间抖动等指标较可见光波段单光子探测器差距较远，在此背景下各类工作于红外波段的各类超导单光子探测器得到快速发展和应用，其中比较具有代表性的有超导纳米线单光子探测器和超导转换边沿单光子探测器等。其中，相比于超导转换边沿单光子探测器，超导纳米线单光子探测器具有更高的计数率，最低工作温度要求低，系统装置相对紧凑，在量子雷达、量子保密通信等工程应用领域得到广泛使用。

探测效率作为超导单光子探测器最为核心的技术指标，如何对探测效率进行精确定标是目前国际上的一个研究热点，特别是对其宽波段下的探测效率测量更是一个研究难点。目前国际上主要用过标准探测器法和相关光子法对单光子探测器探测效率进行测量，探测器法将探测效率溯源到目前的光功率基准低温辐射计，相关光子法本身就是一种绝对定标方法，无需量值溯源，但两种方法在进行宽波段探测效率测量方面都存在一定缺陷。另外，超导纳米线单光子探测器的芯片结构决定了其探测效率与入射光的偏振态有着极强的相关性，偏振敏感特性作为其本证特性，限制了它在诸多特定领域的应用，因此有必要对超导单光子探测器在不同偏振态下的探测效率进行精确定标，推动该类型单光子探测器和量子信息技术的应用发展。

现有用于超导单光子探测器探测效率测试定标方法存在如下缺点：(1)宽波段下的探测效率测量装置复杂，精度低。基于标准探测器的单光子探测器探测效率测试方法可实现宽波段条件下的探测效率测量，但由于溯源链路长，标准探测器与单光子探测器的工作动态范围差距大，绝对光衰减量无法精确测量，导致最终的探测效率测量精度较低；基于标准探测器的单光子探测器探测效率测试方法可实现特定波长下探测效率的精确测量，但由于参量下转换机理和非线性晶体自身光学特性的限制，难以实现对宽波段条件下的探测效率测量。(2)没有考虑偏振态对探测效率的影响，探测结果不能准确反映超导单光子探测器的偏振敏感特性。

发明内容

针对现有单光子探测器探测效率测试方法和装置存在的不足，本发明主要解决宽波段条件下超导单光子探测器探测效率快速、准确测试及超导单光子探测器探测效率的偏振敏感特性测试等技术问题。针对现有技术的缺点，本发明提出一种超导单光子探测器探测效率测试装置与测试方法，本发明方法较为简易和快捷，用于实现对超导单光子探测器在宽光谱范围下探测效率的绝对测量；同时实现在不同入射光偏振态下对超导单光子探测器探测效率的测量。