超導(dǎo)納米線單光子探測器試驗研究.pdf

1、二十世紀(jì)初愛因斯坦提出光量子假說，第一次明確提出了光的波粒二象性，認(rèn)為光是一種物質(zhì)，具有波動性和粒子性，即光是由一個個光子組成。單光子探測就是基于光的量子性質(zhì)，對光波的光子數(shù)目進行計數(shù)。單光子探測在量子光學(xué)，量子信息和量子計算等方面有很重要的應(yīng)用。本論文主要是研究超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPD)。研究的主要內(nèi)容包括超導(dǎo)納米線單光子探測器核心器件的制備，芯片的封裝，低溫系統(tǒng)的建立，信號放大器的設(shè)計，超導(dǎo)納米線單光子探測器的量子效率、暗

2、計數(shù)等性能研究，以及利用超導(dǎo)納米線單光子探測器進行光子計數(shù)實驗。
　　本文首先對現(xiàn)今使用的單光子探測器進行介紹，對比傳統(tǒng)單光子探測器與新型單光子探測器的量子效率、光子分辨能力、暗計數(shù)等性能。超導(dǎo)納米線單光子作為新型的單光子探測器，以其較高的量子效率，幾乎為零的暗計數(shù)和良好的光子數(shù)分辨能力成為單光子探測器的研究趨向。
　　超導(dǎo)材料薄膜制備。在Ar和N2氣氛中以Nb為靶材進行磁控濺射，在濺射過程中保持Si基底溫度為600 K-8

3、00 K攝氏度，成功制成了NbN薄膜，通過控制磁控濺射的時間控制NbN薄膜的厚度，試驗中用于制成超導(dǎo)納米線單光子探測器的NbN薄膜的厚度約為5 nm，為研究NbN薄膜的超導(dǎo)性能，將制成的薄膜利用四探針方法檢測電阻隨溫度的變化，測得薄膜的臨界溫度為9.6K。SNSPD器件的核心區(qū)域是由寬度為200 nm的曲折線條構(gòu)成，制作納米線條使用的工藝為聚焦電子束曝光工藝，之后經(jīng)鍍金電極工藝和利用對光系統(tǒng)將光纖對準(zhǔn)納米線條區(qū)域，將器件進行封裝。SNS