超导单光子探测器的设计

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摘要：超导纳米线单光子探测器（SNSPD）自从它的诞生起，由于其在可见光和红外波段优异的单光子探测能力、超高计数率、低的暗计数、很小的时间抖动广泛受到人们的关注。以NbN材料制作超导纳米线单光子探测器的方法：采用直流磁控溅射法生成超薄NbN薄膜，厚度达到5nm,利用电子束曝光工艺和反应离子刻蚀工艺获取有效面积为10×10 的SNSPD，线宽约100nm，线距约100nm，线间距约100nm，占空比为1:1，SEM形貌分析表明，SNSPD结构良好。52057

毕业论文关键字：超导纳米线，SNSPD，单光子探测器

Abstract：The superconducting nanowire single-photon detector (SNSPD) has drawn tremendous attention since its first implementation, because of its excellent single photon detection ability,Methods NbN superconducting material nanowire single photon detectors: generating a DC magnetron sputtering method using NbN ultrathin film thickness of 5nm, using an electron beam exposure process and reactive ion etching to obtain an effective area of 10×10 the SNSPD, line width of 100nm, line spacing of about 100nm, line spacing of about 100nm, accounting charge ratio of 1:1, SEM morphology analysis showed good SNSPD structure.

Keywords：superconducting nanowire,SNSPD, single-photon detector

1 绪论 4

2 光子探测器的性能指标 4

2.1 量子效率 4

2.2 最高计数率/复位时间 6

2.3 暗记数率 6

3 超导纳米线单光子探测器的工作原理 6

4 SNSPD关于不同衬底和探测材料的比较 10

5 SNSPD的制作方法和制作流程图 11

5.1 SNSPD的制作方法 11

5.2 SNSPD的制作流程图 12

5.3 SNSPD成品的SEM形貌表征及封装 12

结论 14

参考文献 15

致谢 16

1 绪论

光探测器（photodetectors）是一种可以把入射光信号转换成电信号输出的光电器件。所以理论上，人的眼睛也可以被看作是一种光探测器，而它只能对可见光做出反应，且不可能对单个入射光子做出反应。顾名思义，单光子探测器（single-photon detector）是一种可以对单个入射光子做出反应的极其灵敏的光电器件。光电倍增管和雪崩光电二极管等传统的单光子探测器已在时间相关单光子计数（time-correlated single-photon counting，TCSPC）等领域有着广泛的应用，而新兴的量子信息科学与技术对单光子探测器提出了更高的要求，也成为了推动目前单光子探测技术的主要动力。量子信息技术利用单个的量子体（例如光子）来编码和操纵信息，并有望成为本世纪最具影响力的技术之一。在这类新兴技术之中，目前最成熟的技术应属量子密钥分配（quantum key distribution，QKD），它是到目前为止人类发明出来的所有的通信方式中最安全的方式，并近期内有望实现商业化。另外，线性光学量子计算（linear optical quantum computing，LOQC）有可能是光子学量子信息领域中人们最想实现的一种技术，它是一种具有可扩展性的量子信息处理和计算方案。LOQC虽然很诱人，但以目前的技术很难实现，主要就是因为它对单光子探测器等光学器件提出了非常苛刻的要求，目前的探测器需要在信噪比、探测效率、可探测波长范围、光子数分辨能力等方面需要有更大的改进。目前全世界的科学家和工程师们接受了这个挑战，在他们的努力下，传统单光子探测器的性能得到了很大的提高，并有很多新型的单光子探测技术开始不断涌现出来。源^自·751{文·论[文'网]www.751com.cn