[发明专利]一种提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于光探测技术领域，涉及一种提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法及装置。

背景技术

超导纳米线单光子探测器(Superconducting Nanowire Single Photon Detector，SNSPD)是一种重要的光探测器，可以实现从可见光到红外波段的单光子探测。SNSPD主要采用低温超导超薄薄膜材料，比如NbN、Nb、NbTiN等。典型厚度约为5nm，器件通常采用100nm左右宽度的曲折纳米线结构。

SNSPD工作时置于低温环境中(＜4K)，器件处于超导态，并加以一定的偏置电流I_b，I_b略小于器件临界电流I_c。当单个光子入射到器件中的纳米线条上时，会拆散库珀对，形成大量的热电子，从而形成局域热点，热点在偏置电流I_b的作用下由于焦耳热进行扩散，最终使得纳米线条局部失超形成有阻区。之后热电子能量通过电声子相互作用传递并弛豫，再重新配对成超导态的库珀对。由于超导材料的热弛豫时间很短，因此当SNSPD接收到单个光子后，就会在器件两端产生一个快速的电脉冲信号。

如图1所示，SNSPD系统通常由制冷模块，光耦合模块及电子学模块构成。制冷模块一般使用制冷机制冷或液氦杜瓦，使得器件能工作在恒定的低温下。光耦合模块通过光纤将传输的光信号以最小的衰减引入到器件上。电子学模块主要包括器件电偏置和脉冲响应信号放大。隔离电压源输出恒定电压，通过限流电阻后，通过偏置树向器件提供恒定偏置电流。响应信号读取与放大模块主要包括偏置树(Bias-Tee)和低噪声放大器，偏置树(Bias-Tee)用来分离直流偏置与高频响应信号；低噪声放大器用来放大响应脉冲信号。

器件的临界电流I_c通常在微安量级(一般在10～50uA)，而且器件的工作点偏置电流一般选取I_b≈0.95I_c。电路噪声及外界的电干扰(电场耦合以及工频电网引入的“浪涌”电压，比如空调和日光灯的开启与关闭)引入的噪声|ΔI_b|很容易导致器件上的实际工作电流I′_b＝I_b+|ΔI_b|＞I_c，从而导致器件失超形成有阻区，并使有阻区的焦耳热超过其热弛豫能力，致使器件无法回复到超导态，我们称这种跳变进入有阻态的过程为“latch”。一旦进入有阻态，器件将无法对入射光子做出响应。这时，器件需要重新复位才能够使用。适当降低I_b能减小因电干扰而产生“latch”的概率，但是这样会降低器件的量子效率。因此，如何减小电干扰的影响，避免“latch”发生对于提升SNSPD系统工作稳定性非常重要。

Fujiwara等人在“M.Fujiwara et al，Opt.Express19(20)，19562(2011)”中提出采用在偏置树(Bias-Tee)DC&RF端与器件负极并联50Ω电阻(波阻抗为50Ω)来避免“latch”。这种方法可以达到抗电干扰的效果，但是会降低响应脉冲幅度(减小到约70％)，减小信噪比；而且阻抗匹配不好时，电脉冲信号会出现一定的反射信号，严重时会影响最终的信号甄别。

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提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法及装置，该方法和装置可以在避免发生“latch”的同时保证探测系统的响应脉冲幅度。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法及装置。

一种提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法，所述SNSPD系统包括SNSPD器件和偏置树；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口；所述偏置树的DC&RF端口与SNSPD器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法为：在所述DC端口与SNSPD器件的接地端之间连接一电阻。

作为本发明的一种优选方案，所述SNSPD系统还包括隔离电压源、限流电阻、放大器；所述隔离电压源的正极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与所述偏置树的DC端口相连；所述偏置树的RF端口与放大器相连；所述偏置树的DC&RF端口与SNSPD器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述隔离电压源的负极接地。