【摘要】：超導(dǎo)納米線單光子探測器(superconducting nanowire single-photon detectors,簡稱SNSPDs)探測效率高(90%),時(shí)域抖動小(15 ps),計(jì)數(shù)率高(100 Mcps),這些優(yōu)越性能使SNSPDs得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。雖然SNSPDs性能優(yōu)良,但是傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)——回形納米線——使得SNSPDs的探測效率偏振敏感,即:器件的探測效率與入射光子的偏振態(tài)有關(guān)。為了解決SNSPDs探測效率偏振敏感這個(gè)問題,本論文提出并實(shí)現(xiàn)了基于分形納米線結(jié)構(gòu)的SNSPDs,幾乎完全消除了SNSPDs的偏振敏感性。具體而言:設(shè)計(jì)并加工了線寬為100 nm、占空比為1:2、基于皮亞諾分形曲線的SNSPDs,光敏區(qū)為10?m×10?m,且集成了光學(xué)微腔。在基礎(chǔ)溫度為2.6 K的Gifford-McMahon閉循環(huán)制冷機(jī)中,測得1550 nm波長處的最大器件效率為41.7%,偏振敏感度(定義為偏振最大器件效率與偏振最小器件效率的比值)為1.04。作為對比,在同一芯片上加工的相同占空比的回形納米線單光子探測器的偏振敏感度測量值為1.74。除了幾乎完全消除了探測效率的偏振敏感性,使得SNSPD對不同偏振態(tài)的光子的探測效率幾乎是相同的,本論文提出并實(shí)現(xiàn)的分形SNSPDs相比于過去具有低偏振敏感度的SNSPDs還有如下額外的優(yōu)點(diǎn):(1)不僅對光纖中的基模偏振不敏感,對少模光纖中的高階模式也偏振不敏感;(2)偏振不敏感性不依賴于光的入射空間模場與器件光敏區(qū)的高精度對準(zhǔn);(3)無論多晶超導(dǎo)材料(如NbN,NbTiN)還是非晶超導(dǎo)材料(如WSi)都可以用這種器件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)偏振不敏感的SNSPDs。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O572.212
【圖文】：

探測器系統(tǒng)等效電路圖。圖中 Ib為偏置電流置通過，高頻信號截止；Cbt為偏置 T 中的電容是單光子探測器納米線等效電感；S 為虛擬等為超導(dǎo)態(tài)，等效為 S 閉合，當(dāng)納米線被觸發(fā) Rn。Rs為外電路等效電阻，一般為 50 ，可通入示波器或計(jì)數(shù)器等電壓信號分析儀器進(jìn)

其它關(guān)于超導(dǎo)納米線單光子探測器的探測機(jī)理模型也存在，也只能解釋部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖1-2(a)為初始載有略小于臨界電流的偏置電流 Ib的納米線，當(dāng)光子入射到納米線上并被納米線吸收[圖 1-2(b)]后，由入射點(diǎn)開始發(fā)生準(zhǔn)粒子擴(kuò)散，納米線中超流L CbtLkRsRnIbS

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本文編號：2724154