首页  技术文章  超导单光子探测器简介

超导单光子探测器简介

发布时间:2020-10-15 16:42:16 浏览量:71 作者:Hadlee

摘要

为什么在超导态可以探测到单光子?超导探测器在探测到单光子都发生了什么?


单光子是光的最小能量单元。常见单光子探测器根据光电效应制作而成,这种机制的主要是雪崩二极管,由于其探测效率低、暗计数比

较大,限制其应用。而工作于超导态的单光子探测机理在100年以前已经被发现,随着近代微电子、微加工技术的出现,使得超导单光

子探测器才成为可能。超导单光子探测器(SSPD)由纳米带隙形式的超薄超导膜组成。


 

为了更高效的探测单光子,该带隙通常被做成曲线型。为了可以产生电脉冲,在超导带加DC电流偏置,形成超导临界态。当窄带隙吸

收光子后,形成具有非平衡浓度的准粒子区域。 此时,电流密度超过临界水平,并在纳米带上形成电阻区域。


该电阻区域是由于单光子在该位置打破了该点超导态,形成一个热点,热点在此处表现出电阻态,该电阻的形成,以至于在超导带两侧

形成了可测量的电压势垒,此时便可以对外表现出脉冲信号;在热点处,由于超导状态被打破,此处的能量会通过一系列的弛豫过程向

材料的衬底走,进而再次达到平衡状态;


热点形成到消失


 产生的电压脉冲表示检测到光子


NbN超导检测器具有极低的时序抖动,其光谱灵敏度范围从可见光到中红外范围。

SSPD的暗计数率极低,通常低于每秒1个计数,并且没有后脉冲。

检测器的有效面积约为10 um2

 

探测效率与暗计数

 

系统组成