我國科研團(tuán)隊(duì)研制出移動(dòng)式高效率超導(dǎo)單光子探測系統(tǒng)
日前,中科院上海微系統(tǒng)所李浩、尤立星團(tuán)隊(duì)等研制出基于小型液氦杜瓦(工作溫度4.2K)、在1550nm波段系統(tǒng)探測效率超過70%的移動(dòng)式超導(dǎo)單光子探測系統(tǒng),為未來開展基于移動(dòng)平臺(tái)(機(jī)載、車載等)的高性能單光子探應(yīng)用鋪平了道路。相關(guān)研究成果以《在1550nm波段探測效率超過70%的移動(dòng)式超導(dǎo)條帶光子探測系統(tǒng)》(Mobile superconducting strip photon detection system with efficiency over 70% at a 1550 nm wavelength)為題,發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》(Optics Express)上。
超導(dǎo)條帶光子探測器(SSPD,Superconducting strip photon detector)作為高性能的單光子探測器,廣泛應(yīng)用于量子信息和弱光探測等領(lǐng)域,推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的科技進(jìn)步。然而,SSPD的綜合探測性能依賴于器件的工作溫度(溫度越低,系統(tǒng)探測效率越高)。迄今為止,高效率的SSPD系統(tǒng)通常需要使用GM制冷機(jī)(T≤2.5 K)、吸附式制冷機(jī)(T≤0.85 K)甚至更低溫度的制冷機(jī)。這些系統(tǒng)的質(zhì)量、體積、功耗等成為限制SSPD在機(jī)載等移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用的關(guān)鍵原因。若能在4.2K工作溫度實(shí)現(xiàn)高效率SSPD,便可利用小型液氦杜瓦構(gòu)建小型、低功耗、短時(shí)工作的超導(dǎo)單光子探測系統(tǒng),為無人機(jī)、航空等移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用提供可行的解決方案。 SSPD的光響應(yīng)性能與超導(dǎo)薄膜材料的無序度密切相關(guān)。利用高無序超導(dǎo)薄膜材料調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)面電阻更高的超導(dǎo)薄膜材料,增強(qiáng)SSPD的探測靈敏度是提升SSPD工作溫度的方法之一。本研究利用面電阻超過600Ω的NbTiN超導(dǎo)薄膜材料實(shí)現(xiàn)了4.2K工作溫度近飽和探測效率的SSPD。同時(shí),該工作研發(fā)制造了SSPD專用的小型液氦杜瓦,結(jié)合基于電池的低功耗電路模塊,實(shí)現(xiàn)了探測效率超過70%的移動(dòng)式單光子探測系統(tǒng)。 (左)液氦杜瓦的系統(tǒng)圖;(右)移動(dòng)式SSPD系統(tǒng)探測效率和暗計(jì)數(shù)性能曲線 研究工作得到國家自然科學(xué)基金和上海市“揚(yáng)帆計(jì)劃”等的支持。 相關(guān)鏈接:https://doi.org/10.1364/OE.501552 |