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超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的原因

發(fā)布時(shí)間： 2022-11-25　　點(diǎn)擊次數(shù)： 1260次

　　超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器是一種性能優(yōu)異的單光子探測(cè)器，處于偏置狀態(tài)的納米線吸收光子后產(chǎn)生阻態(tài)，從而影響了電路電流分布，通過(guò)低噪聲放大器，讀出電流變化所產(chǎn)生的光脈沖響應(yīng)。超導(dǎo)作為一種材料*的屬性，既是研究凝聚態(tài)物理的重要平臺(tái)，也能被用于實(shí)現(xiàn)功能特異的各種電子學(xué)器件。
　　
　　基本原理：
　　是利用光子能量實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)納米線庫(kù)珀對(duì)的拆對(duì)，從而在超導(dǎo)納米線局域發(fā)生超導(dǎo)-非超導(dǎo)相變。和傳統(tǒng)半導(dǎo)體單光子探測(cè)器相比，它具有探測(cè)效率高、暗計(jì)數(shù)低、時(shí)間抖動(dòng)小、死時(shí)間短、寬譜響應(yīng)以及自由運(yùn)行等優(yōu)勢(shì)。高性能SNSPD已經(jīng)在量子信息、激光通信、激光雷達(dá)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
　　
　　超導(dǎo)材料是在特定溫度下呈現(xiàn)零電阻的一類特殊材料，超導(dǎo)電子學(xué)是利用超導(dǎo)材料開展電子學(xué)相關(guān)研究的一個(gè)專門學(xué)科。利用超導(dǎo)材料制備的傳感器、探測(cè)器通常具備高靈敏度、低噪聲、高速度等優(yōu)勢(shì)，可以在很多領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的優(yōu)勢(shì)。
　　
　　和其它超導(dǎo)探測(cè)器相比，超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器能夠迅速實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用有幾點(diǎn)原因：
　　（1）工藝和結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單：僅需單層超導(dǎo)薄膜，且超導(dǎo)薄膜加工需要單層工藝即可實(shí)現(xiàn)；
　　（2）讀出電路簡(jiǎn)單：典型光子響應(yīng)的脈沖原始信號(hào)幅度在亞毫伏量級(jí)，僅需要使用室溫低噪聲放大器即可獲得較高信噪比的信號(hào)；
　　（3）魯棒性強(qiáng)：作為一個(gè)光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了光子到電脈沖的轉(zhuǎn)換，可以說(shuō)是光數(shù)字信號(hào)到電數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，抗環(huán)境噪聲能力強(qiáng)。同時(shí)它和超導(dǎo)約瑟夫遜結(jié)型器件不同之處在于，它對(duì)環(huán)境磁場(chǎng)不敏感；且器件電阻通常在MW量級(jí)，抗靜電及環(huán)境干擾能力強(qiáng)；
　　（4）通常SNSPD采用NbN等低溫超導(dǎo)材料制備，僅用液氦溫區(qū)兩級(jí)小型制冷機(jī)即可實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，可7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行。以上優(yōu)點(diǎn)使得SNSPD容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。即使從最保守的角度來(lái)看，它可以作為一個(gè)高性能的科研裝備，滿足眾多研發(fā)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅躍PD的需求。

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