CN107507911B - 超导纳米线单光子探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器包括至少一层超导纳米线结构，所述超导纳米线结构包括若干条平行间隔排布的直线部及将所述直线部依次首尾连接的第一连接部；其中，所述直线部包括至少两条平行间隔排布的超导纳米线，各所述直线部内的所述超导纳米线经由所述第一连接部相连接。通过将超导纳米线结构的直线部设置为至少两条平行间隔排布的超导纳米线，可以降低器件的总电感，提升器件的响应速度，器件内的电流得以提升，提高器件的信噪比。
Description
技术领域
本发明属于光探测技术领域，涉及一种超导纳米线单光子探测器，特别是涉及一种超导纳米线单光子探测器。
背景技术
超导纳米线单光子探测器(Superconducting Nanowire Single PhotonDetector，SNSPD)是近年发展起来的新型单光子探测器，可以实现可见光到近红外波段的高效单光子探测。由于其高量子效率、低暗计数、高探测速率、低时间抖动等优势，SNSPD已迅速应用于量子信息技术、激光通信、星地测距、生物荧光探测、深度成像等应用中。
SNSPD主要采用低温超导超薄薄膜材料，比如NbN、Nb、NbTiN、WSi等。典型厚度约为5-10nm，器件通常采用100nm左右宽度的曲折纳米线结构。SNSPD工作时置于低温环境中(<4K)，器件处于超导态，并加以一定的偏置电流Ib，Ib略小于器件临界电流Ic。当单个光子入射到器件中的纳米线条上时，会拆散库珀对，形成大量的热电子，从而形成局域热点，热点在偏置电流Ib的作用下由于焦耳热进行扩散，最终使得纳米线条局部失超形成有阻区。之后热电子能量通过电声子相互作用传递并弛豫，再重新配对成超导态的库珀对。由于超导材料的热弛豫时间很短，因此当SNSPD接收到单个光子后，就会在器件两端产生一个快速的电脉冲信号，从而实现单光子的探测功能。
大面积单光子探测技术在量子通讯和自由空间耦合技术方面有着广阔的应用前景，尤其是对有着高探测效率，低暗计数，低时间抖动和高计数率特点的超导纳米线单光子探测器(SNSPD)。然而由于采用了纳米曲折线结构，纳米线总长度随面积平方量级地增长，动态电感迅速增大，器件的计数率大幅下降。如何提高大面积SNSPD器件速度成为研究中需要解决的重要问题
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超导纳米线单光子探测器，用于解决现有技术中超导纳米线单光子探测器由于采用单根纳米曲折线结构，纳米线总长度随着面积呈平方量级地增长，从而导致的动态电感迅速增大，器件的计数率大幅下降的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器包括至少一层超导纳米线结构，所述超导纳米线结构包括若干条平行间隔排布的直线部及将所述直线部依次首尾连接的第一连接部；其中，所述直线部包括至少两条平行间隔排布的超导纳米线，各所述直线部内的所述超导纳米线经由所述第一连接部相连接。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述第一连接部为超导纳米线。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线结构还包括第二连接部，所述第二连接部位于所述直线部内，且位于所述直线部内平行间隔排布的超导纳米线之间，并将所述直线部内相邻的所述超导纳米线相连接。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，各所述直线部内所述第二连接部的数量均为多个，位于同一直线部内的多个所述第二连接部平行间隔排布。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述第二连接部的长度方向与所述直线部内的超导纳米线的长度方向相垂直。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述第二连接部为超导纳米线。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线结构的轮廓呈长方形、圆形或椭圆形。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线单光子探测器还包括衬底，所述超导纳米线结构位于所述衬底的上表面。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线单光子探测器还包括反射镜，所述反射镜位于所述衬底的上表面，且位于所述衬底与所述超导纳米线结构之间。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线结构的层数为N层，所述超导纳米线单光子探测器还包括：
衬底；
N层介质层，依次叠置于所述衬底的上表面，其中，N为≥1的整数；
所述超导纳米线结构位于与其对应的所述介质层的上表面，且N≥2时，前N-1层所述超导纳米线结构分别被位于其上一层的所述介质层完全覆盖。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线单光子探测器还包括反射镜，所述反射镜位于所述衬底与第一层所述介质层之间。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线单光子探测器还包括：
衬底；
光学腔体结构，所述光学腔体结构位于所述衬底的上表面，且完全覆盖所述超导纳米线结构；
反射镜，所述反射镜位于所述光学腔体结构的上表面。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述光学腔体结构的厚度等于入射光在所述光学腔体结构内等效波长的1/4。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线单光子探测器还包括光学薄膜增透层，所述光学薄膜增透层位于所述衬底的下表面。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述光学薄膜增透层为二氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构或二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述衬底的上表面还设有上抗反射层，所述衬底的下表面还设有下抗反射层。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线单光子探测器还包括光学薄膜增透层，所述光学薄膜增透层位于所述下抗反射层的下表面。
作为本发明的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述光学薄膜增透层为二氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构或二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
如上所述，本发明提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器具有如下有益效果：
通过将超导纳米线结构的直线部设置为至少两条平行间隔排布的超导纳米线，可以降低器件的总电感，提升器件的响应速度，器件内的电流得以提升，提高器件的信噪比；
将直线部内平行间隔排布的超导纳米线通过第二连接部相连接，可以减小单根超导纳米线的不均匀性对器件性能的不良影响；通过在所述直线部内增加所述第二连接部的个数，可以有效抑制器件后脉冲现象。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图2及图3显示为本发明实施例一中提供的超导纳米线单光子探测器的俯视结构示意图。
图4显示为本发明实施例二中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图5及图6显示为本发明实施例二中提供的超导纳米线单光子探测器的俯视结构示意图。
图7显示为本发明实施例三中提供的具有一层超导纳米线结构的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图8显示为本发明实施例三中提供的具有一层超导纳米线结构的超导纳米线单光子探测器的截面结构示意图。
图9显示为本发明实施例三中提供的具有三层超导纳米线结构的超导纳米线单光子探测器的截面结构示意图。
图10显示为本发明实施例四中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图11显示为本发明实施例五中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图12显示为本发明实施例五中提供的具有一层超导纳米线结构的超导纳米线单光子探测器的截面结构示意图。
图13显示为本发明实施例五中提供的具有三层超导纳米线结构的超导纳米线单光子探测器的截面结构示意图。
图14显示为本发明实施例六中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图15显示为本发明实施例七中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图16显示为本发明实施例八中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图17显示为本发明实施例九中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图18显示为本发明实施例十中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图19显示为本发明实施例十一中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图20显示为本发明实施例十二中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图21显示为本发明实施例十三中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图22显示为本发明实施例十四中提供的超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
元件标号说明
1 超导纳米线结构
11 直线部
111 超导纳米线
12 第一连接部
13 第二连接部
2 衬底
3 反射镜
4 介质层
5 光学腔体结构
6 上抗反射层
7 下抗反射层
8 光学薄膜增透层
81 二氧化硅层
82 硅层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图22。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1至图3，本实施例提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器包括一层超导纳米线结构1，所述超导纳米线结构1包括若干条平行间隔排布的直线部11及将所述直线部11依次首尾连接的第一连接部12；其中，所述直线部11包括至少两条平行间隔排布的超导纳米线111，各所述直线部11内的所述超导纳米线111经由所述第一连接部12相连接。本发明通过将所述超导纳米线结构1的直线部11设置为至少两条平行间隔排布的超导纳米线111，且各所述直线部11内的所述超导纳米线111经由所述第一连接部12相连接，当其中一条所述超导纳米线111吸收光子转为正常态，流经该超导纳米线111的电流会重新分布在邻近的所述超导纳米线111上，使得流经该所述超导纳米线111上的电流超过临界电流继而导致整个器件失超，即使得器件内的电流得以提升，从而提高器件的信噪比，降低错误计数；同时，相较于现有技术中的器件，本申请的超导纳米线单光子探测器中的动态电感为同等面积的现有超导纳米线单光子器的动态电感的1/N2，其中，N为所述直线部11内包括的平行间隔排布的所述超导纳米线11的数量，N可以为任一大于或等于2的整数，即本申请的超导纳米线单光子探测器可以降低器件的总电感，提升器件的响应速度。
作为示例，所述第一连接部12同样也为超导纳米线。
作为示例，所述超导纳米线111的材料包括NbN、Nb、TaN、NbTiN或WSi。
作为示例，所述超导纳米线111的宽度可以为50纳米～150纳米，所述超导纳米线111的厚度可以为5纳米～10纳米。优选地，本实施例中，所述超导纳米线111的材料为NbN，其宽度为100纳米，厚度为7纳米。
作为示例，所述超导纳米线结构1的轮廓可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述超导纳米线1的轮廓可以呈长方形(如图2所示)，也可以为圆形(如图3所示)，还可以为椭圆形等等，即所述超导纳米线结构1的分布区域的形状可以呈长方形、圆形或椭圆形。
作为示例，所述超导纳米线单光子探测器还包括衬底2，所述超导纳米线结构1位于所述衬底2的上表面。所述衬底10包括硅衬底、MgO衬底或蓝宝石衬底，所述衬底10的厚度为300～500微米。在本实施例中，所述衬底10为硅衬底，其厚度为400微米。当然，其他种类的衬底10或厚度也可能适用于本发明，因此，并不限定于此处所列举的几种示例。
作为示例，所述超导纳米线单光子探测器还包括反射镜3，所述反射镜3位于所述衬底2的上表面，且位于所述衬底2与所述超导纳米线结构1之间，即所述反射镜3位于所述衬底2的上表面，所述超导纳米线结构1位于所述反射镜3的上表面。
在一示例中，所述反射镜3的材料可以为Ag、Au、Al或厚度等于入射光等效波长的1/4的介质材料；优选地，本实施例中，所述反射镜12的材料为Au，其厚度为100nm。当然，其它种类的反射材料及厚度也适用于本发明，并不限定于此。
在另一示例中，所述反射镜3还可以为交替层叠的SiO2薄膜层与Si薄膜层。所述反射镜3可以为所述SiO2薄膜层位于所述衬底2的表面，所述Si薄膜层位于所述SiO2薄膜层的上方；也可以为所述Si薄膜层位于所述衬底2的表面，所述SiO2薄膜层位于所述Si薄膜层的上方。
在又一示例中，所述反射镜3还可以为交替层叠的SiO2薄膜层与TiO2薄膜层；所述反射镜3可以为所述SiO2薄膜层位于所述衬底2的表面，所述TiO2薄膜层位于所述SiO2薄膜层的上方；也可以为所述TiO2薄膜层位于所述衬底2的表面，所述SiO2薄膜层位于所述TiO2薄膜层的上方。
在又一示例中，所述反射镜3为交替层叠的SiO2薄膜层与Ta2O5薄膜层；所述反射镜11可以为所述SiO2薄膜层位于所述衬底2的表面，所述Ta2O5薄膜层位于所述SiO2薄膜层的上方；也可以为所述Ta2O5薄膜层位于所述衬底2的表面，所述SiO2薄膜层位于所述Ta2O5薄膜层的上方。
作为示例，所述反射镜3中，交替叠置的薄膜层的层数可以根据实际需要进行设定，在本实施例中，所述反射镜3中的交替叠置的薄膜层的层数为26层，即所述反射镜3包括依次交替叠置的13层所述SiO2薄膜层及13层所述Si薄膜层。
作为示例，所述反射镜3中，各薄膜层的厚度均等于入射光在该层内等效波长的1/4。
实施例二
请参阅图4至图6，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子器的具体结构与实施例一中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中的所述超导纳米线结构1相较于实施例一中所述超导纳米线结构1增设了第二连接部13，所述第二连接部13位于所述直线部11内，且位于所述直线部11内平行间隔排布的所述超导纳米线111之间，并将所述直线部11内相邻的所述超导纳米线111相连接。通过在所述超导纳米线结构1内增设所述第二连接部13，并将直线部11内平行间隔排布的超导纳米线111通过所述第二连接部13相连接，可以将较长的平行间隔排布的所述超导纳米线111划分成多个较短的单元，可以减小单根所述超导纳米线111的不均匀性(超导纳米线的厚度、线宽的不均匀性及不一致性)对器件性能的不良影响；通过在所述直线部11内增加所述第二连接部13的个数，可以有效抑制器件后脉冲现象。本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的其他结构与实施例一中所述的超导纳米线单光子探测器的其他结构大致相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。
作为示例，各所述直线部11内所述第二连接部13的数量可以根据实际需要进行设定，其中，图4至图6以各所述直线部11内所述第二连接部13的数量均为两个作为示例，但在其他示例中，各所述直线部11内所述第二连接部13的数量还可以均为多个，譬如，3个、4个、5个、甚至更多个等等；位于同一直线部11内的多个所述第二连接部13平行间隔排布。
作为示例，所述第二连接部13的长度方向可以与所述直线部11内的超导纳米线111的长度方向相垂直；当然，在其他示例中，所述第二连接部13的长度方向还可以与所述直线部11的长度方向相斜交。
作为示例，所述第二连接部13可以为超导纳米线。
实施例三
请结合图1至图3参阅图7至图9，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器包括：衬底2；N层介质层4，所述N层介质层4依次叠置于所述衬底2的上表面，其中，N为≥1的整数；N层超导纳米线结构1，所述超导纳米线结构1位于与其对应的所述介质层4的上表面，且N≥2时，前N-1层所述超导纳米线结构1分别被位于其上一层的所述介质层4完全覆盖。
作为示例，所述超导纳米线结构1的具体结构与实施例一中所述的超导纳米线结构1的具体结构完全相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。
需要说明的是，如图7及图8所示，当N＝1时，所述超导纳米线单光子探测器包括一层所述介质层4及一层所述超导纳米线结构1，所述介质层4位于所述衬底2表面，所述超导纳米线结构1位于所述介质层4表面。
需要进一步说明的是，以图9中N＝3作为示例，由图9可知，第一层所述介质层4位于所述衬底2表面，第一层所述超导纳米线结构1位于第一层所述介质层4表面，第二层所述介质层4位于第一层所述介质层4表面且完全覆盖第一层所述超导纳米线结构1，第二层所述超导纳米线结构1位于第二层所述介质层4表面，第三层所述介质层4位于第二层所述介质层4表面且完全覆盖第二层所述超导纳米线结构1，第三层所述超导纳米线结构1位于第三层所述介质层4表面。当N为大于3的整数时，所述介质层4及所述超导纳米线结构1以上述方式叠置形成所述功能结构层11。
作为示例，所述介质层4及所述超导纳米线结构1的具体层数可以根据实际需要进行设定，譬如，所述介质层4及所述超导纳米线结构1的具体层数可以为1层、2层、3层、4层、5层、10层、15层或20层等等，只要所述介质层4及所述超导纳米线结构1的层数均≥1层即可，具体的层数不做限定。当N≥2时，可以实现两层或多层超导纳米线的吸收，从而拓展所述超导纳米线单光子探测器的高效吸收带宽，具有较高的吸收效率。
作为示例，所述介质层4的材料可以为但不仅限于SiO2，所述介质层4的厚度可以根据实际需要进行设定，此处不做限定。
实施例四
请参阅图11，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例三中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：实施例三中的所述超导纳米线结构1的具体结构与实施例一中所述的超导纳米线结构1的具体结构完全相同，而本实施例中所述的超导纳米线结构1的具体结构与实施例二中所述的超导纳米线结构1的具体结构完全相同。本实施中所述的超导纳米线单光子探测器的其他结构与实施例三中所述的超导纳米线单光子探测器的其他结构完全相同，具体请参与实施例三，此处不再累述。
实施例五
请参阅图11至图13，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例三中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例三中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了反射镜3，所述反射镜3位于所述衬底2与第一层所述介质层4之间，即所述反射镜3位于所述衬底2的上表面，第一层所述介质层4位于所述反射镜3的上表面。本实施例中所述的超导纳米单光子探测器的其他结构与实施例三中所述的超导纳米线单光子探测器的其他结构完全相同，具体请参阅实施例三，此处不再累述。
作为示例，所述反射镜3可以为包括交替层叠的SiO2薄膜层与Si薄膜层的反射镜，也可以为包括交替层叠的SiO2薄膜层与TiO2薄膜层的反射镜，还可以为包括交替层叠的SiO2薄膜层与Ta2O5薄膜层的反射镜，还可以为Au薄膜层反射镜、Ag薄膜层反射镜或Al薄膜层反射镜。优选地，本实施例中，所述反射镜3的材料为Au，其厚度为100nm。当然，其它种类的反射材料及厚度也适用于本发明，并不限定于此。
实施例六
请参阅图14，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例五中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：实施例五中所述的超导纳米线单光子探测器是在实施例三中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了所述反射镜3，而本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例四中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了反射镜3。本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的所述反射镜3与实施例五中所述的超导纳米线单光子探测器中的所述反射镜3的具体结构相同，具体请参阅实施例五，此处不再累述。
实施例七
请参阅图15，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器包括：衬底2；超导纳米线结构1，位于所述衬底2上；光学腔体结构5，所述光学腔体结构5位于所述衬底2的上表面，且完全覆盖所述超导纳米线结构1；反射镜3，所述反射镜3位于所述光学腔体结构5的上表面。
作为示例，所述超导纳米线结构1的具体结构与实施例一中所述的超导纳米线结构1的具体结构完全相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。
作为示例，所述光学腔体结构5的材料可以为二氧化硅或一氧化硅；优选地，本实施例中，所述光学腔体结构5的材料为一氧化硅；所述光学腔体结构5的厚度等于入射光在所述光学腔体结构5内等效波长的1/4。
作为示例，所述反射镜3可以为包括交替层叠的SiO2薄膜层与Si薄膜层的反射镜，也可以为包括交替层叠的SiO2薄膜层与TiO2薄膜层的反射镜，还可以为包括交替层叠的SiO2薄膜层与Ta2O5薄膜层的反射镜，还可以为Au薄膜层反射镜、Ag薄膜层反射镜或Al薄膜层反射镜。优选地，本实施例中，所述反射镜3的材料为Au，其厚度为100nm。当然，其它种类的反射材料及厚度也适用于本发明，并不限定于此。
实施例八
请参阅图16，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例七中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例七中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了光学薄膜增透层8，所述光学薄膜增透层8位于所述衬底2的下表面。
作为示例，所述光学薄膜增透层8可以为单层结构，也可以为多层结构，优选地，本实施例中，所述光学薄膜增透层8可以为二氧化硅层81与硅层82交替叠置的叠层结构(如图16所示)、也可以为一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
实施例九
请参阅图17，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例七中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：实施例七中所述的超导纳米线结构1的具体结构与实施例一中所述的超导纳米线结构1的具体结构完全相同，而本实施例中所述的超导纳米线结构1与实施例二中所述的超导纳米线结构1的具体结构完全相同。本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的其他结构与实施例七中所述的超导纳米线单光子探测器的其他结构完全相同，具体请参阅实施例七，此处不再累述。
实施例十
请参阅图18，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例九中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例九中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了光学薄膜增透层8，所述光学薄膜增透层8位于所述衬底2的下表面。
作为示例，所述光学薄膜增透层8可以为单层结构，也可以为多层结构，优选地，本实施例中，所述光学薄膜增透层8可以为二氧化硅层81与硅层82交替叠置的叠层结构(如图18所示)、也可以为一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
实施例十一
请参阅图19，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例七中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例七中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了上抗反射层6及下抗反射层7，所述上抗反射层6位于所述衬底2的上表面，所述下抗反射层7位于所述衬底2的下表面。
实施例十二
请参阅图20，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例十一中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例十一中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了光学薄膜增透层8，所述光学薄膜增透层8位于所述下抗反射层7的下表面。
作为示例，所述光学薄膜增透层8可以为单层结构，也可以为多层结构，优选地，本实施例中，所述光学薄膜增透层8可以为二氧化硅层81与硅层82交替叠置的叠层结构(如图20所示)、也可以为一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
实施例十三
请参阅图21，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例九中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例九中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了上抗反射层6及下抗反射层7，所述上抗反射层6位于所述衬底2的上表面，所述下抗反射层7位于所述衬底2的下表面。
实施例十四
请参阅图22，本实施例还提供一种超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例十三中所述的超导纳米线单光子探测器的具体结构大致相同，二者的区别在于：本实施例中所述的超导纳米线单光子探测器在实施例十三中所述的超导纳米线单光子探测器的基础上增设了光学薄膜增透层8，所述光学薄膜增透层8位于所述下抗反射层7的下表面。
作为示例，所述光学薄膜增透层8可以为单层结构，也可以为多层结构，优选地，本实施例中，所述光学薄膜增透层8可以为二氧化硅层81与硅层82交替叠置的叠层结构(如图22所示)、也可以为一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构，还可以为二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
如上所述，本发明提供一种超导纳米线单光子探测器，所述超导纳米线单光子探测器包括至少一层超导纳米线结构，所述超导纳米线结构包括若干条平行间隔排布的直线部及将所述直线部依次首尾连接的第一连接部；其中，所述直线部包括至少两条平行间隔排布的超导纳米线，各所述直线部内的所述超导纳米线经由所述第一连接部相连接。通过将超导纳米线结构的直线部设置为至少两条平行间隔排布的超导纳米线，可以降低器件的总电感，提升器件的响应速度，器件内的电流得以提升，提高器件的信噪比；将直线部内平行间隔排布的超导纳米线通过第二连接部相连接，可以减小单根超导纳米线的不均匀性对器件性能的不良影响。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (17)
1.一种超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述超导纳米线单光子探测器包括至少一层超导纳米线结构，所述超导纳米线结构包括若干条平行间隔排布的直线部及将所述直线部依次首尾连接的第一连接部；其中，所述直线部包括至少两条平行间隔排布的超导纳米线，各所述直线部内的所述超导纳米线经由所述第一连接部相连接；
所述超导纳米线结构还包括第二连接部，所述第二连接部位于所述直线部内，且位于所述直线部内平行间隔排布的超导纳米线之间，并将所述直线部内相邻的所述超导纳米线相连接。
2.根据权利要求1所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述第一连接部为超导纳米线。
3.根据权利要求1所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：各所述直线部内所述第二连接部的数量均为多个，位于同一直线部内的多个所述第二连接部平行间隔排布。
4.根据权利要求3所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述第二连接部的长度方向与所述直线部内的超导纳米线的长度方向相垂直。
5.根据权利要求1所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述第二连接部为超导纳米线。
6.根据权利要求1所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线结构的轮廓呈长方形、圆形或椭圆形。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线单光子探测器还包括衬底，所述超导纳米线结构位于所述衬底的上表面。
8.根据权利要求7所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线单光子探测器还包括反射镜，所述反射镜位于所述衬底的上表面，且位于所述衬底与所述超导纳米线结构之间。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线结构的层数为N层，所述超导纳米线单光子探测器还包括：
衬底；
N层介质层，依次叠置于所述衬底的上表面，其中，N为≥1的整数；
所述超导纳米线结构位于与其对应的所述介质层的上表面，且N≥2时，前N-1层所述超导纳米线结构分别被位于其上一层的所述介质层完全覆盖。
10.根据权利要求9所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线单光子探测器还包括反射镜，所述反射镜位于所述衬底与第一层所述介质层之间。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线单光子探测器还包括：
衬底；
光学腔体结构，所述光学腔体结构位于所述衬底的上表面，且完全覆盖所述超导纳米线结构；
反射镜，所述反射镜位于所述光学腔体结构的上表面。
12.根据权利要求11所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述光学腔体结构的厚度等于入射光在所述光学腔体结构内等效波长的1/4。
13.根据权利要求11所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线单光子探测器还包括光学薄膜增透层，所述光学薄膜增透层位于所述衬底的下表面。
14.根据权利要求13所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述光学薄膜增透层为二氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构或二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
15.根据权利要求11所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述衬底的上表面还设有上抗反射层，所述衬底的下表面还设有下抗反射层。
16.根据权利要求15所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线单光子探测器还包括光学薄膜增透层，所述光学薄膜增透层位于所述下抗反射层的下表面。
17.根据权利要求16所述的超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述光学薄膜增透层为二氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、一氧化硅层与硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅层与一氧化硅层交替叠置的叠层结构、二氧化硅与五氧化二钽交替叠置的叠层结构或二氧化硅与二氧化钛交替叠置的叠层结构。
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