[发明专利]多光谱超导纳米线单光子探测器

说明书

本发明提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，包括：衬底；第一光学薄膜叠层结构，位于衬底的上表面；第二光学薄膜叠层结构，位于第一光学薄膜叠层结构的上表面；第二光学薄膜叠层结构的中心波长与第一光学薄膜叠层结构的中心波长不同；超导纳米线，位于第二光学薄膜叠层结构的上表面。本发明的第二光学薄膜叠层结构即作为反射镜用于在其中心波长处达到高效吸收，又对第一光学薄膜叠层结构反射波段的光起到相移的作用，导致其吸收波长发生偏移、吸收峰数量变多，可以实现多个波段的高效吸收，即可以得到多个共振吸收波长，从而可以满足用户对不同波段单光子探测器的应用需求，以及多波段成像或多波段探测等应用的需求。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种超导纳米线单光子探测器，特别是涉及一种多光谱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)是近十几年发展起来的新型单光子探测技术，其相对于半导体探测器的最大的优势就是其超高的探测效率、快速响应速度以及几乎可以忽略的暗计数，且光谱响应范围可覆盖可见光至红外波段。2001年，莫斯科师范大学Gol’tsman小组首先利用5nm厚的NbN超薄薄膜制备了一条200nm宽的超导纳米线，成功实现了可见光到近红外波段的单光子探测，开启了超导纳米线单光子探测器的先河。此后，欧、美、俄、日等多个国家和研究小组纷纷开展了对SNSPD的研究。经过十余年的发展，SNSPD在1.5μm波长的探测效率从开始的不足1％已经提升到70％以上，甚至超过90％，远超过半导体SPD的探测效率。除此之外，其在暗计数、低时间抖动、高计数率等方面的优异性能已经在众多应用领域得到了验证。因此，在近红外波段附近具有优良性能表现的SNSPD无疑为激光雷达、量子信息等应用提供了很好的工具。

目前SNSPD已成为超导电子学和单光子探测领域的研究热点，并有力的推动了量子信息、激光雷达等领域科技发展。国际上SNSPD领域研究著名机构包括，美国的MIT、JPL、NIST、日本的NICT、俄罗斯的MSPU等。目前光纤通信波段1550nm，探测效率最高的器件为美国NIST采用极低温超导材料WSi(工作温度1K)研发，探测效率高达93％，而采用低温超导材料NbN(工作温度2K)研发的SNSPD最高探测效率也达到了80％以上。除科研机构外，国际上目前已有6家主要从事SNSPD相关技术产品的公司。

随着SNSPD技术发展，近年来其应用范围从1550波段延伸到可见及近红外其他波段。一方面体现在研究人员对不同波段探测器的需求日益增加，另一方面多波光的应用需要探测器同时实现几个不同波长的高效探测。

现有的单光子探测器有两种典型器件结构，基于镜面结构(金属反射镜或介质高反膜结构反射镜)的正面光耦合器件及基于光学腔的背面光耦合器件。然而现有的单光子探测器受限于光学腔共振的窄带特性，已报道的单光子探测器仅高效工作在其单一共振目标波长处，即仅在单一波段可以实现较高吸收效率，超导纳米线对光子的宽谱响应特性并未完全展现，无法满足多光谱探测的需求。

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多光谱超导纳米线单光子探测器，用于解决现有技术中的超导纳米线单光子探测器仅在单一波段可以实现较高的吸收效率，无法满足多光谱探测的需求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，所述多光谱超导纳米线单光子探测器包括：

衬底；

第一光学薄膜叠层结构，位于所述衬底的上表面；

第二光学薄膜叠层结构，位于所述第一光学薄膜叠层结构的上表面；所述第二光学薄膜叠层结构的中心波长与所述第一光学薄膜叠层结构的中心波长不同；

超导纳米线，位于所述第二光学薄膜叠层结构的上表面。