[实用新型]一种基于TM0

说明书

本实用新型提供一种基于TM₀模吸收的超导纳米线单光子探测器，包括：定向耦合器，用于实现TE₀模式至TE₁模式的转换；偏振旋转器，与所述定向耦合器连接，用于实现TE₁模式至TM₀模式的转换；纳米线单光子探测器，与所述偏振旋转器连接，用于实现对TM₀模式的吸收及探测。本实用新型的基于TM₀模吸收的超导纳米线单光子探测器结构简单，是在SOI结构的基础上实现TE₀模至TM₀模的高效转换，并由纳米线单光子探测器快速吸收并探测，不仅极大地缩短了纳米线所需长度，从而降低了纳米线制作所要求的工艺条件，还保护器件避免被刻蚀剂破坏，使得器件工作性能稳定。

技术领域

本实用新型属于集成量子芯片领域，涉及一种基于TM₀模吸收的超导纳米线单光子探测器。

背景技术

具备高探测效率的单光子探测器在光量子领域有着重要的应用，尤其是一些基于探测的应用，比如光量子计算、量子密钥分发、量子玻色采样、loophole-free贝尔实验等。在1550nm通讯波段，InGaAs近红外雪崩二极管探测器是当前主流的探测器，但是这种探测器暗计数较大，探测效率通常低于30％。另外，这种探测器是片外的独立结构，不满足小型化、集成化的发展趋势。

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是近年来发展迅速的单光子探测器，这种探测器是一种利用超导纳米膜线进行光子检测的高灵敏光子探测器，具有效率高、计数率高、暗计数小、时间抖动小等优点，辅助谐振腔、反射镜等结构，在1550nm波段单光子探测效率可以高达90％以上，暗计数小于100Hz。但是传统的SNSPD都是采用光纤垂直入射的方式，不满足片上集成的要求，另外谐振腔等结构限制了带宽。

目前，一种波导行波耦合SNSPD是一个较佳方案，采用波导倏逝波耦合的吸收方式，该吸收方式由片外转移至片上，并且不需要谐振腔结构就可以实现很高的吸收效率，可以很好的解决垂直入射SNSPD的缺陷。基于波导行波耦合的SNSPD已经在多种材料体系上实现，如SOI、SiN、GaAs等，并且已经应用于一些重要的器件，如可区分光子数的探测器、双光子干涉实验等。但是总的看来，这些SNSPD用的都是准横电模(TE)吸收的方式，由于TE模电场的方向问题，通常需要几十微米长的NbN纳米线才能完成近乎100％的吸收，并且这些结构需要直接将NbN薄膜生长在波导的上方，这对NbN纳米线的制作工艺提出了较高的要求，一是NbN薄膜只有几纳米的厚度以及较长的结构导致良率较低；二是需要精准控制NbN的刻蚀过程，否则过刻蚀将会破坏波导的上表面，带来散射损耗。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于TM₀模吸收的超导纳米线单光子探测器，用于解决现有技术中存在的超导纳米线单光子探测器结构复杂、要求工艺条件较高以及良率低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种基于TM₀模吸收的超导纳米线单光子探测器，包括：

定向耦合器，用于实现TE₀模式至TE₁模式的转换；

偏振旋转器，与所述定向耦合器连接，用于实现TE₁模式至TM₀模式的转换；

纳米线单光子探测器，与所述偏振旋转器连接，用于实现对TM₀模式的吸收及探测。

可选地，所述定向耦合器包括平行耦合线定向耦合器。

可选地，所述定向耦合器包括间隔设置的主波导与副波导，所述主波导的宽度小于所述副波导的宽度，其中，所述主波导包括依次相连的第一段、第二段及第三段，所述第三段与所述副波导相互平行且耦合。