CN103165723B - 一种汇聚增强光响应超导单光子探测器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汇聚增强光响应的超导单光子探测器及其制作方法，包括MgO衬底、超导单光子探测器、透明介质隔离层、金属反射层、透明介质层、金属阻挡环和金属光栅层。超导单光子探测器、透明介质隔离层、金属反射层、透明介质层和金属光栅层依次按照从下向上的顺序生长在MgO衬底上；金属阻挡环位于透明介质层的外围，并连接金属反射层和金属光栅层；金属光栅层为同心的金属多环结构；金属反射层为一个金属环与一个透明介质环组合而成，且两环同心。本发明通过将大面积范围内入射的信号光汇聚到很小面积的超导单光子探测器光敏面上来显著提升其响应，最大可提升30倍。

Description

一种汇聚增强光响应超导单光子探测器及其制备方法

技术领域

本发明涉及探测器技术，具体指一种汇聚增强光响应的超导单光子探测器及其制备方法。

背景技术

随着探测技术的发展，人们对信号探测灵敏度的要求逐渐提高，新材料的运用和探测手段的进步可以将被噪声覆盖的微弱信号探测出来。在微弱信号探测领域中，单光子探测技术在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、高能物理、天文测光、光时域反射(OTDR)、量子密钥分发系统(QKD)等领域有着广泛的应用。单光子探测器是量子信息技术和微光探测技术最关键的器件之一。

传统以光电倍增管或雪崩二极管为基础的单光子探测器的低灵敏度和高暗计数限制了信噪比的提高,低计数率限制了测量速度和动态范围。超导体单光子技术光谱响应范围很广，响应恢复时间都很快，因此计数率很高，而且噪声非常小，暗计数率极低，这些方面性能都优于前两种单光子探测器，它们的出现势必给单光子探测相关学科带来巨大影响，加上它可以探测出光子到达时间和光子能量，在天文观测、高速量子通信等方面都有很大潜力。一旦这种探测器能够实用，将在量子信息技术和微光测量等领域的产生很大影响。

由于量子信息技术利用单个基本粒子如光子等对信息进行编码和操控，因此对单光子探测器提出了极其苛刻的性能要求，如探测效率，计数率，光谱响应范围，光子数分辨能力等等都必须远远超出先有器件性能。总体而言，不论光电倍增管还是基于APD的单光子探测器，其量子效率、暗计数、计数率等性能远不能满足量子信息技术等发展的需要。即使在传统的光纤通信和荧光光谱领域的应用，对单光子探测器的性能提高也非常迫切。

虽然人们已经采用更好的探测器设计（例如增加防反射（AR）涂层）以提高探测器的量子效率和响应速度，但是在通信波段到可见波段，目前报道的量子效率也只有在20%到40%之间。主要原因是NbN薄膜很薄，仅几个纳米，多数光子被反射或透射丢失掉，光子的吸收效率很低。因此，进一步优化探测器的结构，提高光子被吸收的概率，提高系统检测效率，是研究的一个重要方向。

另一方面，通常的超导单光子探测器都由一系列极窄的纳米线条组成，宽度只有百纳米甚至几十纳米，难以制作大面积探测器，目前国内比较成熟的工艺只能做到10μm×10μm左右，光接收面积非常有限。为了进一步提高超导单光子探测器的响应率，只能在器件结构上的寻求突破。

发明内容

本发明主要针对超导单光子探测器所面临的探测面积小，响应率不够高的瓶颈，提供一种将大面积范围内的微弱光信号收集汇聚到面积很小的超导单光子探测器上，以显著增强其光响应信号的超导单光子探测器结构。

实现本发明的技术方案是一种汇聚增强光响应超导单光子探测器，包括MgO衬底1、超导单光子探测器2、透明介质隔离层3、金属反射层4、透明介质层5、金属阻挡环6、和金属光栅层7。所述的透明介质隔离层3、金属反射层4、透明介质层5和金属光栅层7，按照从下向上的顺序依次生长在MgO衬底1上；所述的金属阻挡环6位于透明介质层5的外围，并连接金属反射层4和金属光栅层7；所述的金属光栅层7为同心的多环金属环结构；所述的金属反射层4为一个金属环与一个金属圆组合而成，且同心。

所述的MgO衬底1上生长有一层透明介质隔离层3。

所述的透明介质隔离层3上生长有一个圆环柱形的通光孔8，通光孔8生长在金属反射层4的金属环与金属圆之间；所述通光孔8内填充有透明介质。

所述金属反射层4、透明介质层5、金属阻挡环6和金属光栅层7形成圆环型的金属-介质-金属耦合汇聚光栅结构；所述金属光栅层7的光栅周期L为相邻两个金属环的内壁之间的距离，函数为其中λ为中心响应波长，n为介质层折射率此处为SiO₂折射率1.467，N为耦合级数，这里取1；光栅周期L的取值范围为0.9um到1.1μm；所述金属反射层4、金属阻挡环6和金属光栅层7分别为Ag反射层、Ag阻挡环和Ag光栅层。

所述透明介质隔离层3、透明介质层5及通光孔8内填充的透明介质均为二氧化硅。

本发明提供一种汇聚增强探测信号结构的制作方法，包括以下步骤：

①在MgO衬底1上，利用溅射方法镀制NbN超导薄膜；

②通过电子束光刻结合刻蚀技术，刻蚀形成叉指结构的超导单光子探测器2；

③利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜形成透明介质隔离层3；

④在透明介质隔离层3上采用电子束光刻出同心的圆形及圆环形状的Ag反射层，显影后，再沉积出金属反射层4；

⑤在金属反射层4上采用电子束光刻出圆环形的通光孔8，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔8；

⑥在金属反射层4之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜形成透明介质层5；

⑦在透明介质层5上电子束光刻金属阻挡环6，再刻蚀穿透明介质层5的SiO₂薄膜，在透明介质层5外围沉积Ag形成金属阻挡环6；

⑧在透明介质层5上电子束光刻金属光栅层7，再沉积Ag形成金属光栅层7；光栅为圆环型结构。

采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：

1、可将大面积范围内的微弱光信号，通过周期性结构激发金属表面耦合模式和缝的波导耦合模式，收集汇聚到面积很小的超导单光子探测器上，显著地增强了超导单光子探测器的光响应信号，单位面积出射能量与入射能量之比可达30倍。

2、具有光波长选择特性，在光响应信号增强的同时，还可有效抑制杂散光引起的噪声，从而提高信噪比。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明汇聚增强光响应超导单光子探测器结构示意图；

图2为本发明汇聚增强光响应超导单光子探测器截面图；

图3为本发明中实施例1耦合汇聚光栅结构的透射谱；

图4为本发明中实施例2耦合汇聚光栅结构的透射谱；

图5为本发明中实施例3耦合汇聚光栅结构的透射谱；

图6为本发明中实施例4耦合汇聚光栅结构的透射谱；

图7为本发明中实施例5耦合汇聚光栅结构的透射谱；

图8为不同周期耦合汇聚光栅结构的光增强倍数。

附图中标号为：

1为MgO衬底；

2为超导单光子探测器；

3为SiO₂隔离层；

4为耦合汇聚光栅结构的Ag电极层；

5为耦合汇聚光栅结构的SiO₂介质层；

6为耦合汇聚光栅结构的Ag阻挡环；

7为耦合汇聚光栅结构的Ag光栅层；

8为SiO₂介质填充的透光环。

具体实施方式

（实施例1）

见图1和图2，本实施例的汇聚增强光响应超导单光子探测器结构，包括衬底及与其相结合的光子耦合腔。

光子耦合腔包括金属反射层4、透明介质层5、金属阻挡环6、和金属光栅层7形成圆环型的金属-介质-金属（MIM）耦合汇聚光栅结构。

透明介质隔离层3、金属反射层4、透明介质层5和金属光栅层7按照从下向上的顺序依次生长在MgO衬底1上，各中心对准；透明介质隔离层3为SiO₂，厚度为100nm；金属反射层4为Ag反射层，为一个Ag环与Ag圆形结构组合而成，且两者同心，厚度为300nm；其间的透光环内直径为2.6μm，外直径为3.4μm；透明介质层5为1.15μm厚的SiO₂薄膜；金属阻挡环6为Ag阻挡环，宽度为1μm，位于透明介质层5的外围，并连接金属反射层4和金属光栅层7；金属光栅层7为Ag光栅层，为同心的多环金属环结构，厚度为200nm，金属光栅层7的光栅周期L为相邻两个金属环的内壁之间的距离，函数为光栅常数为相邻两个金属环之间的间距0.6μm；金属光栅层7为82个光栅周期，透明介质隔离层3上生长有一个圆环柱形的通光孔8，通光孔8生长在金属反射层4的金属环与金属圆之间，通光孔8内填充有SiO₂。

上述汇聚增强光响应超导单光子探测器结构的制作方法，包括以下步骤：

①在MgO衬底1上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出100nm厚的SiO₂薄膜形成透明介质隔离层3；

②在透明介质隔离层3上采用正胶电子束光刻出同心的圆形及圆环形状的反射层，显影后，再沉积出300nm厚的Ag反射层；

③在金属反射层4上采用正胶电子束光刻出内直径为2.6μm，外直径为3.4μm的通光孔8，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔8；

④在金属反射层4之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出厚度为1.15μm的SiO₂薄膜形成透明介质层5；

⑤在透明介质层5上正胶电子束光刻金属阻挡环6，再刻蚀穿透明介质层5的SiO₂薄膜，在透明介质层5外围沉积宽度为1μm的Ag形成金属阻挡环6；。

⑥在透明介质层5上正胶电子束光刻金属光栅层7，再沉积厚度为200nmAg形成金属光栅层7；金属光栅层7的参数如下：金属光栅层7为82个光栅周期，周期长度L=1μm，光栅常数为0.6μm，光栅为圆环型结构。

图3为金属光栅层7的光透过率。它是在透明介质隔离层3为100nm，光栅常数为0.6μm，透光环内直径为2.6μm，外直径为3.4μm，金属反射层4厚度为300nm，金属光栅层7为82个光栅周期时，金属反射层4下方100nm处的透过率，在1.55μm波长处有50%的光能量进入SiO₂透明介质层5。当有1的总能量入射时，单位面积出射能量与入射能量之比为17.2。探测器所接收到的能量提高到了17.2倍。

（实施例2）

见图1和图2，本实施例的汇聚增强光响应超导单光子探测器结构，包括衬底及与其相结合的光子耦合腔。

光子耦合腔包括金属反射层4、透明介质层5、金属阻挡环6、和金属光栅层7形成圆环型的金属-介质-金属（MIM）耦合汇聚光栅结构。

透明介质隔离层3、金属反射层4、透明介质层5和金属光栅层7按照从下向上的顺序依次生长在MgO衬底1上，各中心对准；透明介质隔离层3为SiO₂，厚度为200nm，金属反射层4为Ag反射层，为一个Ag环与Ag圆形结构组合而成，且两者同心，厚度为300nm，其间的透光环内直径为2.5μm，外直径为3.5μm；透明介质层5为1.15μm厚的SiO₂薄膜；金属阻挡环6为Ag阻挡环，宽度为1μm，位于透明介质层5的外围，并连接金属反射层4和金属光栅层7；金属光栅层7为Ag光栅层，为同心的多环金属环结构，厚度为200nm，金属光栅层7的光栅周期L为相邻两个金属环的内壁之间的距离，函数为光栅常数为相邻两个金属环之间的间距0.6μm；金属光栅层7为82个光栅周期，透明介质隔离层3上生长有一个圆环柱形的通光孔8，通光孔8生长在金属反射层4的金属环与金属圆之间，通光孔8内填充有SiO₂。

上述汇聚增强光响应超导单光子探测器结构的制作方法，包括以下步骤：

①在MgO衬底1上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出200nm厚的SiO₂薄膜形成透明介质隔离层3；

②在透明介质隔离层3上采用正胶电子束光刻出同心的圆形及圆环形状的反射层，显影后，再沉积出300nm厚的Ag反射层；

③在金属反射层4上采用正胶电子束光刻出内直径为2.5μm，外直径为3.5μm的通光孔8，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔8；

④在金属反射层4之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出厚度为1.15μm的SiO₂薄膜形成透明介质层5；

⑤在透明介质层5上正胶电子束光刻金属阻挡环6，再刻蚀穿透明介质层5的SiO₂薄膜，在透明介质层5外围沉积宽度为1μm的Ag形成金属阻挡环6；。

⑥在透明介质层5上正胶电子束光刻金属光栅层7，再沉积厚度为200nmAg形成金属光栅层7；金属光栅层7的参数如下：金属光栅层7为82个光栅周期，周期长度L=1μm，光栅常数为0.6μm，光栅为圆环型结构。

图4为金属光栅层7的光透过率。它是在透明介质隔离层3厚度为200nm，光栅常数为0.6μm，透光环内直径为2.5μm，外直径为3.5μm，金属反射层4厚度为300nm，金属光栅层7为82个光栅周期时，金属反射层4下方200nm处的透过率，在1.55μm波长处有50%的光能量进入SiO₂透明介质层5。当有1的总能量入射时，单位面积出射能量与入射能量之比为17.2，从而使探测器所接收到的能量提高到了17.2倍。

（实施例3）

见图1和图2，本实施例的汇聚增强光响应超导单光子探测器结构，包括衬底及与其相结合的光子耦合腔。

光子耦合腔包括金属反射层4、透明介质层5、金属阻挡环6、和金属光栅层7形成圆环型的金属-介质-金属（MIM）耦合汇聚光栅结构。

透明介质隔离层3、金属反射层4、透明介质层5和金属光栅层7按照从下向上的顺序依次生长在MgO衬底1上，各中心对准；透明介质隔离层3为SiO₂，厚度为100nm，金属反射层4为Ag反射层，为一个Ag环与Ag圆形结构组合而成，且两者同心，厚度为300nm，其间的透光环内直径为2.5μm，外直径为3.5μm；透明介质层5为1.15um厚的SiO₂薄膜；金属阻挡环6为Ag阻挡环，宽度为1um，位于透明介质层5的外围，并连接金属反射层4和金属光栅层7；金属光栅层7为Ag光栅层，为同心的多环金属环结构，厚度为200nm，金属光栅层7的光栅周期L为相邻两个金属环的内壁之间的距离，函数为光栅常数为相邻两个金属环之间的间距0.7um；金属光栅层7为82个光栅周期，透明介质隔离层3上生长有一个圆环柱形的通光孔8，通光孔8生长在金属反射层4的金属环与金属圆之间，通光孔8内填充有SiO₂。

上述汇聚增强光响应超导单光子探测器结构的制作方法，包括以下步骤：

①在MgO衬底1上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出100nm厚的SiO₂薄膜形成透明介质隔离层3；

②在透明介质隔离层3上采用正胶电子束光刻出同心的圆形及圆环形状的反射层，显影后，再沉积出300nm厚的Ag反射层；

③在金属反射层4上采用正胶电子束光刻出内直径为2.5μm，外直径为3.5μm的通光孔8，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔8；

④在金属反射层4之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出厚度为1.15um的SiO₂薄膜形成透明介质层5；

⑤在透明介质层5上正胶电子束光刻金属阻挡环6，再刻蚀穿透明介质层5的SiO₂薄膜，在透明介质层5外围沉积宽度为1um的Ag形成金属阻挡环6；。

⑥在透明介质层5上正胶电子束光刻金属光栅层7，再沉积厚度为200nmAg形成金属光栅层7；金属光栅层7的参数如下：金属光栅层7为82个光栅周期，周期长度L=1um，光栅常数为0.7um，光栅为圆环型结构。

图5为金属光栅层7的光透过率。它是在透明介质隔离层3的厚度为100nm，光栅常数为0.7um，透光环内直径为2.5μm，外直径为3.5μm，金属反射层4厚度为300nm，金属光栅层7为82个光栅周期时，金属反射层4下方100nm处的透过率，在1.55μm波长处有37%的光能量进入SiO₂透明介质层5。当有1的总能量入射时，单位面积出射能量与入射能量之比为9.4，从而使探测器所接收到的能量提高到了9.4倍。

（实施例4）

见图1和图2，本实施例的汇聚增强光响应超导单光子探测器结构，包括衬底及与其相结合的光子耦合腔。

光子耦合腔包括金属反射层4、透明介质层5、金属阻挡环6、和金属光栅层7形成圆环型的金属-介质-金属（MIM）耦合汇聚光栅结构。

透明介质隔离层3、金属反射层4、透明介质层5和金属光栅层7按照从下向上的顺序依次生长在MgO衬底1上，各中心对准；透明介质隔离层3为SiO₂，厚度为100nm，金属反射层4为Ag反射层，为一个Ag环与Ag圆形结构组合而成，且两者同心，厚度为300nm，其间的透光环内直径为2.6um，外直径为3.4um；透明介质层5为1.15um厚的SiO₂薄膜；金属阻挡环6为Ag阻挡环，宽度为1um，位于透明介质层5的外围，并连接金属反射层4和金属光栅层7；金属光栅层7为Ag光栅层，为同心的多环金属环结构，厚度为200nm，金属光栅层7的光栅周期L为相邻两个金属环的内壁之间的距离，函数为光栅常数为相邻两个金属环之间的间距0.6μm；金属光栅层7为180个光栅周期，透明介质隔离层3上生长有一个圆环柱形的通光孔8，通光孔8生长在金属反射层4的金属环与金属圆之间，通光孔8内填充有SiO₂。

上述汇聚增强光响应超导单光子探测器结构的制作方法，包括以下步骤：

①在MgO衬底1上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出100nm厚的SiO₂薄膜形成透明介质隔离层3；

②在透明介质隔离层3上采用正胶电子束光刻出同心的圆形及圆环形状的反射层，显影后，再沉积出300nm厚的Ag反射层；

③在金属反射层4上采用正胶电子束光刻出内直径为2.6μm，外直径为3.4μm的通光孔8，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔8；

④在金属反射层4之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出厚度为1.15μm的SiO₂薄膜形成透明介质层5；

⑤在透明介质层5上正胶电子束光刻金属阻挡环6，再刻蚀穿透明介质层5的SiO₂薄膜，在透明介质层5外围沉积宽度为1μm的Ag形成金属阻挡环6；。

⑥在透明介质层5上正胶电子束光刻金属光栅层7，再沉积厚度为200nmAg形成金属光栅层7；金属光栅层7的参数如下：金属光栅层7为180个光栅周期，周期长度L=1μm，光栅常数为0.6μm，光栅为圆环型结构。

图6为金属光栅层7的光透过率。它是在透明介质隔离层3厚度为100nm，光栅常数为0.6μm，透光环内直径为2.6μm，外直径为3.4μm，金属反射层4厚度为300nm，金属光栅层7为180个光栅周期时，金属反射层4下方0.1μm处的透过率，在1.55μm波长处有30.5%的光能量进入SiO₂透明介质层5。当有1的总能量入射时，单位面积出射能量与入射能量之比为30.5，从而使探测器所接收到的能量提高到了30.5倍。

（实施例5）

见图1和图2，本实施例的汇聚增强光响应超导单光子探测器结构，包括衬底及与其相结合的光子耦合腔。

光子耦合腔包括金属反射层4、透明介质层5、金属阻挡环6、和金属光栅层7形成圆环型的金属-介质-金属（MIM）耦合汇聚光栅结构。

透明介质隔离层3、金属反射层4、透明介质层5和金属光栅层7按照从下向上的顺序依次生长在MgO衬底1上，各中心对准；透明介质隔离层3为SiO₂，厚度为100nm，金属反射层4为Ag反射层，为一个Ag环与Ag圆形结构组合而成，且两者同心，厚度为300nm，其间的透光环内直径为2.5μm，外直径为3.5μm；透明介质层5为1.15μm厚的SiO₂薄膜；金属阻挡环6为Ag阻挡环，宽度为1μm，位于透明介质层5的外围，并连接金属反射层4和金属光栅层7；金属光栅层7为Ag光栅层，为同心的多环金属环结构，厚度为200nm，金属光栅层7的光栅周期L为相邻两个金属环的内壁之间的距离，函数为光栅常数为相邻两个金属环之间的间距0.6μm；金属光栅层7为180个光栅周期，透明介质隔离层3上生长有一个圆环柱形的通光孔8，通光孔8生长在金属反射层4的金属环与金属圆之间，通光孔8内填充有SiO₂。

上述汇聚增强光响应超导单光子探测器结构的制作方法，包括以下步骤：

①在MgO衬底1上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出100nm厚的SiO₂薄膜形成透明介质隔离层3；

②在透明介质隔离层3上采用正胶电子束光刻出同心的圆形及圆环形状的反射层，显影后，再沉积出300nm厚的Ag反射层；

③在金属反射层4上采用正胶电子束光刻出透光环内直径为2.5μm，外直径为3.5μm的通光孔8，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔8；

④在金属反射层4之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出厚度为1.15μm的SiO₂薄膜形成透明介质层5；

⑤在透明介质层5上正胶电子束光刻金属阻挡环6，再刻蚀穿透明介质层5的SiO₂薄膜，在透明介质层5外围沉积宽度为1μm的Ag形成金属阻挡环6；

⑥在透明介质层5上正胶电子束光刻金属光栅层7，再沉积厚度为200nmAg形成金属光栅层7；金属光栅层7的参数如下：金属光栅层7为180个光栅周期，周期长度L=1μm，光栅常数为0.6μm，光栅为圆环型结构。

图7为金属光栅层7的光透过率。它是在透明介质隔离层3的厚度为100nm，光栅常数为0.6μm，透光环内直径为2.5μm，外直径为3.5μm，金属反射层4厚度为300nm，金属光栅层7为82个光栅周期时，金属反射层4下方0.1μm处的透过率，在1.55μm波长处有29.7%的光能量进入SiO₂透明介质层5。当有1的总能量入射时，单位面积出射能量与入射能量之比为28.9，从而使探测器所接收到的能量提高到28.9倍。

图8为透明介质隔离层3厚度为100nm，光栅常数为0.6μm，透光环内直径为2.6μm，外直径为3.4μm，金属反射层4厚度为300nm，随着金属光栅层7的光栅周期数增加，当有1的总能量入射时，单位面积出射能量与入射能量之比的变化情况。我们可以看出增大光栅周期数至180时，在1.55μm波长处，探测器所接收到的能量提高到了30倍。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种汇聚增强光响应超导单光子探测器，包括MgO衬底(1)、超导单光子探测器(2)、透明介质隔离层(3)、金属反射层(4)、透明介质层(5)、金属阻挡环(6)、和金属光栅层(7)，其特征在于：

在所述的MgO衬底(1)上按照从下向上的顺序依次生长超导单光子探测器(2)、透明介质隔离层(3)、金属反射层(4)、透明介质层(5)和金属光栅层(7)；所述的金属阻挡环(6)位于透明介质层(5)的外围，并连接金属反射层(4)和金属光栅层(7)；

所述的透明介质隔离层(3)和透明介质层(5)为二氧化硅层；所述的金属反射层(4)为Ag反射层，由一个金属环与一个透明介质环组合而成，且两环同心，所述的金属阻挡环(6)为Ag阻挡环，所述的金属光栅层(7)为同心的多环金属Ag环结构光栅层。

2.根据权利要求1所述的汇聚增强光响应超导单光子探测器，其特征在于：所述的透明介质隔离层(3)上生长有一个圆环柱形的通光孔(8)，通光孔(8)在金属反射层(4)的金属环与金属圆之间；所述通光孔(8)内填充有透明介质二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的汇聚增强光响应超导单光子探测器，其特征在于：所述金属反射层(4)、透明介质层(5)、金属阻挡环(6)和金属光栅层(7)形成圆环型的金属-介质-金属耦合汇聚光栅结构，金属光栅层(7)的光栅周期L即相邻两个金属环的内壁之间的距离为：

$L=\frac{\mathrm{\λ}*N}{n}$

其中λ为中心响应波长，n为介质层折射率，N为耦合级数，L的取值范围在0.9um到1.1μm之间；光栅常数为相邻两个金属环之间的间距，取值范围在0.5um到0.7μm之间；所述金属反射层(4)的空隙环内外直径相差0.3μm到0.5μm。

4.一种如权利要求1所述汇聚增强光响应超导单光子探测器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

①在MgO衬底(1)上，通过溅射方法生长NbN薄膜，为了确保其超导电性，薄膜厚度控制在10nm以内；

②通过电子束光刻方法在NbN薄膜上形成间隔在百纳米甚至几十纳米的叉指图案；

③镀上金属后利用剥离技术形成的超导单光子探测器(2)；

④利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜形成透明介质隔离层(3)；

⑤在透明介质隔离层(3)上采用电子束光刻出同心的圆形及圆环形状的Ag反射层，显影后，再沉积出金属反射层(4)；

⑥在金属反射层(4)上采用电子束光刻出圆环形的通光孔(8)，再利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜填充通光孔(8)；

⑦在金属反射层(4)之上，利用等离子体增强化学气相沉积法生长出SiO₂薄膜形成透明介质层(5)；

⑧在透明介质层(5)上正胶电子束光刻金属阻挡环(6)，再刻蚀穿透明介质层(5)的SiO₂薄膜，在透明介质层(5)外围沉积Ag形成金属阻挡环(6)；

⑨在透明介质层(5)上正胶电子束光刻金属光栅层(7)，再沉积Ag形成圆环型金属光栅层结构(7)。