[发明专利]一种全光纤超导单光子探测器及其制备方法

说明书

本申请公开了一种全光纤超导单光子探测器，包括超导纳米线、D型光纤，D型光纤包括纤芯和包层，超导纳米线位于D型光纤的抛光面，且覆盖于纤芯上。超导纳米线覆盖在D型光纤的纤芯上，光线从纤芯中直接进入超导纳米线中，光线不需在空气中传输，不需设计特殊的对准结构，光线非常容易即可进入超导纳米线中，也不需耦合到片上波导，降低损耗，提升耦合效率，从根本上降低了光耦合的难度；超导纳米线还可以提高本征量子效率；本申请利用光纤进行导光，对入射光的波长限制降低，导光波长范围变宽，使得全光纤超导单光子探测器的光谱响应变宽，且光纤成本低。本申请还提供一种具有上述优点的制备方法。

技术领域

本申请涉及光电探测技术领域，特别是涉及一种全光纤超导单光子探测器及其制备方法。

背景技术

超导纳米线单光子探测器(Superconducting Nanowire Single PhotonDetector，SNSPD)是一种新型的超导单光子探测器，具有暗计数低、探测速度快、响应频谱宽和效率高等特点。

SNSPD的探测效率包括三个部分，分别为光耦合效率、纳米线吸收效率和量子效率，光耦合效率、纳米线吸收效率是影响SNSPD探测效率的主要因素。按照光耦合方式可以将SNSPD划分为空间光耦合和波导光耦合。其中，空间光耦合为：光从光纤传出后，经过一段空气传输，才能够达到纳米线的光敏面。光纤传输在光纤端口处会存在一定的发散，导致光斑呈现发散状，意味着光斑远大于超导单光子探测器的光敏面，造成损耗，使得光耦合效率较低。波导光耦合为：使用光栅或者是波导结构将外部光源转移到片上，再通过设计的波导结构进行光路传输，利用波导的倏逝波将能量转移给超导纳米线，同样存在损耗大的缺点，且对设备要求高，另外，波导结构的设计还涉及到光波长的匹配，因为通常的光波导在局域范围内的传输损耗低，造成超导纳米线的光谱响应范围较窄。对于纳米线吸收效率，通常采用高介电常数的介质覆盖纳米线，并在介质层上生长金反射镜，进而实现纳米线较高的吸收效率，但介质层的高度取决于响应波长，限制了超导纳米线宽光谱的响应，并且介质层的生长的均匀性和工艺都有可能造成超导薄膜的性能退化。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人与重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种全光纤超导单光子探测器及其制备方法，以提高探测效率，降低损耗，拓宽光谱响应。

为解决上述技术问题，本申请提供一种全光纤超导单光子探测器，包括超导纳米线、D型光纤，所述D型光纤包括纤芯和包层，所述超导纳米线位于所述D型光纤的抛光面，且覆盖于所述纤芯上。

还包括：用于承载所述D型光纤的光纤夹具。

可选的，所述光纤夹具具有凹槽，所述D型光纤水平嵌入在所述凹槽内。

可选的，所述超导纳米线为由单像元纳米线构成的光栅结构。

本申请还提供一种全光纤超导单光子探测器制备方法，包括：

抛光光纤的侧面至纤芯漏出，得到D型光纤，所述D型光纤包括所述纤芯和包层；

在所述D型光纤抛光面至少对应所述纤芯的位置形成极薄超导材料膜层；

对所述极薄超导材料膜层进行处理形成覆盖于所述纤芯上的超导纳米线。

可选的，所述抛光光纤的侧面至纤芯漏出包括：

采用机械抛光的方式，抛光光纤的侧面至纤芯漏出。

可选的，所述在所述D型光纤抛光面至少对应所述纤芯的位置形成极薄超导材料膜层之前，还包括：

依次使用丙酮和乙醇辅助低功率超声波对所述D型光纤的所述抛光面进行清洗；

吹干所述抛光面，得到洁净的抛光面。