[发明专利]一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法

说明书

本发明公开了一种多通道超导纳米线单光子探测器或探测器阵列的低温读出方法，包括由超导纳米线单光子探测器到由多门控端的超导纳米线三端子逻辑器件组成的超导纳米线编码器，再到外部检测仪器的同轴线和射频放大回路；所述超导纳米线编码器的输出信号通过同轴线由低温工作区传输至室温环境；所述超导纳米线编码器具有(2^N‑1)个输入端和N个输出端。本发明解决了超导纳米线单光子探测器的检测信号微弱、多通道探测器或探测器阵列输出端口过多、抗干扰能力不强、传统室温读出方式噪声大的限制，有效的提高了探测器的工作稳定性。

技术领域

本发明涉及一种低温读出方法，特别涉及一种适用于多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法。

背景技术

超导纳米线单光子探测器(superconducting-nanowire single-photondetector,SNSPD)是一种新型的单光子探测器。超导纳米线单光子探测器的感光部分使用超导薄膜，例如氮化铌薄膜，制备成的纳米线构成。超导纳米线单光子探测器工作时需要被偏置在超导临界电流之下。当纳米线条吸收光子后，吸收区域的超导态被破坏，在电路上表现为流经探测器上电流突然下降。随后纳米线条经过冷却过程，恢复到初始状态。超导纳米线单光子探测器吸收光子的过程在电路上表现为一快速上升，随后指数衰减的电脉冲。通过将此脉冲信号放大，能够鉴别单光子的到达。

传统的超导纳米线单光子探测器室温读出方法具有噪声大、抗干扰能力差等缺点，因此低温读出方式能够有效地避免常温下的噪声耦合到输出信号中。在传统的超导纳米线单光子探测器室温读出电路中，每一个通道的探测器就要有一根输出端口接入到常温下，由于探测速度的制约会导致输出信号带宽的浪费。

现阶段国际上低温数字读出方式使用基于超导约瑟夫森结的RSFQ数字电路，其读出信号能力较好，但是其电路结构极其复杂、工艺制备困难，并且以上读出方式均是通过磁通方式读出信号，输出信号微弱，对外界环境要求极高，电路需要磁屏蔽，从而保证稳定的动作。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，解决了超导纳米线单光子探测器的检测信号微弱、多通道探测器输出端口过多、抗干扰能力不强、传统室温读出方式噪声大的限制，有效的提高了探测器的工作稳定性。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种适用于多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，包括由探测器到外部检测仪器的同轴线和射频放大回路；所述超导纳米线编码器的输出信号通过同轴线由低温工作区传输至室温环境；所述超导纳米线编码器具有(2^N-1)个输入端和N个输出端。

进一步的，所述多通道超导纳米线单光子探测器和超导纳米线编码器均安装在制冷装置的内部。

进一步的，所述多通道纳米线单光子探测器的输出端和超导纳米线编码器的输入端在制冷装置内部相连接。

进一步的，所述超导纳米线编码器通过制冷装置同轴线与常温放大电路相连接。

更进一步的，所述多通道超导纳米线单光子探测器与超导纳米线编码器集成在同一个PCB电路板。

更进一步的，所述超导纳米线编码器具有(2^N-1)个输入端口和N个输出端口。

进一步的，多个所述超导纳米线编码器组合后能够实现逻辑功能，通过将接收到的超导纳米线单光子探测器信号进行BCD编码的方式输出，最终实现减少传统室温读出电路输出端口数的功能。

更进一步的，超导纳米线编码器通过BCD编码比特输出信息能够确定响应光子的探测器所在位置，编码输出的脉冲表明光子到达探测器的时刻，实现单光子探测器位置信息的数字读出功能，并且保证了光子到达的时间信息。

进一步的，所述超导纳米线编码器输出端通过SMA接出到室温环境中。