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(cè)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(cè)效率超過70%的移動(dòng)式超導(dǎo)單光子探測(cè)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(cè)效率超過70%的移動(dòng)式超導(dǎo)條帶光子探測(cè)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。 4 XSEN ]F
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超導(dǎo)條帶光子探測(cè)器（SSPD，Superconducting strip photon detector）作為高性能的單光子探測(cè)器，廣泛應(yīng)用于量子信息和弱光探測(cè)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(cè)性能依賴于器件的工作溫度（溫度越低，系統(tǒng)探測(cè)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(cè)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。
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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(cè)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(cè)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(cè)效率超過70%的移動(dòng)式單光子探測(cè)系統(tǒng)。 a' 3|EWS
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（左）液氦杜瓦的系統(tǒng)圖；（右）移動(dòng)式SSPD系統(tǒng)探測(cè)效率和暗計(jì)數(shù)性能曲線 tS|gQUF17
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。 |T!ivd1G
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相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.501552
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