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超導納米線單光子探測器能夠實現規模化應用的原因

發布時間： 2022-11-25　　點擊次數： 1310次

　　超導納米線單光子探測器是一種性能優異的單光子探測器，處于偏置狀態的納米線吸收光子后產生阻態，從而影響了電路電流分布，通過低噪聲放大器，讀出電流變化所產生的光脈沖響應。超導作為一種材料*的屬性，既是研究凝聚態物理的重要平臺，也能被用于實現功能特異的各種電子學器件。
　　
　　基本原理：
　　是利用光子能量實現超導納米線庫珀對的拆對，從而在超導納米線局域發生超導-非超導相變。和傳統半導體單光子探測器相比，它具有探測效率高、暗計數低、時間抖動小、死時間短、寬譜響應以及自由運行等優勢。高性能SNSPD已經在量子信息、激光通信、激光雷達等領域得到了廣泛應用。
　　
　　超導材料是在特定溫度下呈現零電阻的一類特殊材料，超導電子學是利用超導材料開展電子學相關研究的一個專門學科。利用超導材料制備的傳感器、探測器通常具備高靈敏度、低噪聲、高速度等優勢，可以在很多領域發揮不可替代的優勢。
　　
　　和其它超導探測器相比，超導納米線單光子探測器能夠迅速實現規模化應用有幾點原因：
　　（1）工藝和結構非常簡單：僅需單層超導薄膜，且超導薄膜加工需要單層工藝即可實現；
　　（2）讀出電路簡單：典型光子響應的脈沖原始信號幅度在亞毫伏量級，僅需要使用室溫低噪聲放大器即可獲得較高信噪比的信號；
　　（3）魯棒性強：作為一個光電探測器，實現了光子到電脈沖的轉換，可以說是光數字信號到電數字信號的轉換，抗環境噪聲能力強。同時它和超導約瑟夫遜結型器件不同之處在于，它對環境磁場不敏感；且器件電阻通常在MW量級，抗靜電及環境干擾能力強；
　　（4）通常SNSPD采用NbN等低溫超導材料制備，僅用液氦溫區兩級小型制冷機即可實現，系統可靠性強，可7×24小時不間斷運行。以上優點使得SNSPD容易實現規模化應用。即使從最保守的角度來看，它可以作為一個高性能的科研裝備，滿足眾多研發領域對高性能SPD的需求。

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