CN109659386B - 多光谱超导纳米线单光子探测器 - Google Patents
多光谱超导纳米线单光子探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109659386B CN109659386B CN201811486995.1A CN201811486995A CN109659386B CN 109659386 B CN109659386 B CN 109659386B CN 201811486995 A CN201811486995 A CN 201811486995A CN 109659386 B CN109659386 B CN 109659386B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- thin film
- optical
- optical thin
- laminated structure
- film layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 225
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 186
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims abstract description 119
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 7
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Inorganic materials O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910016006 MoSi Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 24
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035209—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures
- H01L31/035227—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions comprising a quantum structures the quantum structure being quantum wires, or nanorods
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，包括：衬底；第一光学薄膜叠层结构，位于衬底的上表面；第二光学薄膜叠层结构，位于第一光学薄膜叠层结构的上表面；第二光学薄膜叠层结构的中心波长与第一光学薄膜叠层结构的中心波长不同；超导纳米线，位于第二光学薄膜叠层结构的上表面。本发明的第二光学薄膜叠层结构即作为反射镜用于在其中心波长处达到高效吸收，又对第一光学薄膜叠层结构反射波段的光起到相移的作用，导致其吸收波长发生偏移、吸收峰数量变多，可以实现多个波段的高效吸收，即可以得到多个共振吸收波长，从而可以满足用户对不同波段单光子探测器的应用需求，以及多波段成像或多波段探测等应用的需求。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，涉及一种超导纳米线单光子探测器，特别是涉及一种多光谱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)是近十几年发展起来的新型单光子探测技术，其相对于半导体探测器的最大的优势就是其超高的探测效率、快速响应速度以及几乎可以忽略的暗计数，且光谱响应范围可覆盖可见光至红外波段。2001年，莫斯科师范大学Gol’tsman小组首先利用5nm厚的NbN超薄薄膜制备了一条200nm宽的超导纳米线，成功实现了可见光到近红外波段的单光子探测，开启了超导纳米线单光子探测器的先河。此后，欧、美、俄、日等多个国家和研究小组纷纷开展了对SNSPD的研究。经过十余年的发展，SNSPD在1.5μm波长的探测效率从开始的不足1％已经提升到70％以上，甚至超过90％，远超过半导体SPD的探测效率。除此之外，其在暗计数、低时间抖动、高计数率等方面的优异性能已经在众多应用领域得到了验证。因此，在近红外波段附近具有优良性能表现的SNSPD无疑为激光雷达、量子信息等应用提供了很好的工具。
目前SNSPD已成为超导电子学和单光子探测领域的研究热点，并有力的推动了量子信息、激光雷达等领域科技发展。国际上SNSPD领域研究著名机构包括，美国的MIT、JPL、NIST、日本的NICT、俄罗斯的MSPU等。目前光纤通信波段1550nm，探测效率最高的器件为美国NIST采用极低温超导材料WSi(工作温度<1K)研发，探测效率高达93％，而采用低温超导材料NbN(工作温度>2K)研发的SNSPD最高探测效率也达到了80％以上。除科研机构外，国际上目前已有6家主要从事SNSPD相关技术产品的公司。
随着SNSPD技术发展，近年来其应用范围从1550波段延伸到可见及近红外其他波段。一方面体现在研究人员对不同波段探测器的需求日益增加，另一方面多波光的应用需要探测器同时实现几个不同波长的高效探测。
现有的单光子探测器有两种典型器件结构，基于镜面结构(金属反射镜或介质高反膜结构反射镜)的正面光耦合器件及基于光学腔的背面光耦合器件。然而现有的单光子探测器受限于光学腔共振的窄带特性，已报道的单光子探测器仅高效工作在其单一共振目标波长处，即仅在单一波段可以实现较高吸收效率，超导纳米线对光子的宽谱响应特性并未完全展现，无法满足多光谱探测的需求。
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多光谱超导纳米线单光子探测器，用于解决现有技术中的超导纳米线单光子探测器仅在单一波段可以实现较高的吸收效率，无法满足多光谱探测的需求的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，所述多光谱超导纳米线单光子探测器包括：
衬底；
第一光学薄膜叠层结构，位于所述衬底的上表面；
第二光学薄膜叠层结构，位于所述第一光学薄膜叠层结构的上表面；所述第二光学薄膜叠层结构的中心波长与所述第一光学薄膜叠层结构的中心波长不同；
超导纳米线，位于所述第二光学薄膜叠层结构的上表面。
作为本发明的一种优选方案，所述第一光学薄膜叠层结构及所述第二光学薄膜叠层结构均包括两种依次上下交替叠置的光学薄膜层，两种所述光学薄膜层具有不同的折射率。
作为本发明的一种优选方案，所述第一光学薄膜叠层结构包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层与TiO2光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2与Nb2O5光学薄膜层与Si光学薄膜层或依次上下交替叠置的SiO2与Ta2O5光学薄膜层；所述第二光学薄膜叠层结构包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层与TiO2光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2光学薄膜层与Si光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2与Nb2O5光学薄膜层或依次上下交替叠置的SiO2与Ta2O5光学薄膜层。
作为本发明的一种优选方案，所述第一光学薄膜叠层结构中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述第二光学薄膜叠层结构中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述多光谱超导纳米线单光子探测器还包括第一介质薄膜层及第二介质薄膜层，其中，所述第一介质薄膜层位于所述第一光学薄膜叠层结构与所述第二光学薄膜叠层结构之间，所述第二介质薄膜层位于所述第二光学薄膜叠层结构与所述超导纳米线之间，或位于所述第二光学薄膜叠层结构的上表面，且包覆所述超导纳米线。
作为本发明的一种优选方案，所述第一光学薄膜叠层结构中，自底层至次顶层的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4，且顶层的所述光学薄膜层的厚度不限于入射光在其内等效波长的1/4；所述第二光学薄膜叠层结构中，自底层至次顶层的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4，且顶层的所述光学薄膜层的厚度不限于入射光在其内等效波长的1/4。
作为本发明的一种优选方案，所述第一光学薄膜叠层结构的中心波长大于所述第二光学薄膜叠层结构的中心波长。
作为本发明的一种优选方案，所述第一光学薄膜叠层结构中，两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置5～15个周期；所述第二光学薄膜叠层结构中，两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置4～10个周期。
作为本发明的一种优选方案，所述超导纳米线的材料薄膜NbN、Nb、TaN、MoSi、MoGe、NbTiN或WSi。
作为本发明的一种优选方案，所述超导纳米线的宽度为50纳米～100纳米，所述超导纳米线的厚度为5纳米～10纳米。
作为本发明的一种优选方案，所述超导纳米线包括单根线条构成的单一像元探测器、多根线条构成的多像素或者多通道纳米线探测器。
如上所述，本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器，具有以下有益效果：
本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器通过在超导纳米线与衬底之间设置具有不同中心波长的第一光学薄膜叠层结构及第二光学薄膜叠层结构，第二光学薄膜叠层结构即作为反射镜用于在其中心波长处达到高效吸收，又对第一光学薄膜叠层结构反射波段的光起到相移的作用，导致其吸收波长发生偏移、吸收峰数量变多，可以实现多个波段的高效吸收，即可以得到多个共振吸收波长，从而可以满足用户对不同波段单光子探测器的应用需求，以及多波段成像或多波段探测等应用的需求；
本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器的第一光学薄膜叠层结构及第二光学薄膜叠层结构的顶层光学薄膜层的厚度大于在其内等效波长的1/4，或者在第一光学薄膜层叠层结构的顶部增设第一介质层，在第二光学薄膜叠层结构的顶部增设第二介质层，可以通过调节顶层光学薄膜层的厚度或第一介质层及第二介质层的厚度得到不同所需波段的共振吸收波长；
本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器中第二光学薄膜叠层结构中两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置4～10个周期，即可以保证第二光学薄膜叠层结构可以在其中心波长处实现高效吸收，又可以保证产生的多个共振吸收峰的宽度足够宽。
附图说明
图1至图3显示为本发明实施例一中提供的不同示例的多光谱超导纳米线单光子探测器的结构示意图。
图4显示为本发明实施例一中提供的多光谱超导纳米线单光子探测器中第一光学薄膜叠层结构的中心波长为1440nm、第二光学薄膜叠层结构的中心波长为1020nm时的反射率曲线、吸收率曲线及相移曲线；其中，曲线①为反射率曲线，曲线②为吸收率曲线，曲线③为相移曲线。
图5显示为本发明实施例一中提供的多光谱超导纳米线单光子探测器中心波长为1440nm、第二光学薄膜叠层结构的中心波长为1020nm时的反射率曲线、吸收率曲线及相移曲线；其中，曲线①为反射率曲线，曲线②为吸收率曲线，散点为探测效率。
图6显示为本发明实施例一中提供的多光谱超导纳米线单光子探测器中心波长为1440nm、第二光学薄膜叠层结构的中心波长为1020nm时得到的1064nm、1550nm及1310nm波段的探测效率及暗计数随器件偏置电流的变化曲线；其中，曲线①为1310nm波段的探测效率，曲线②为1064nm波段的探测效率，曲线③为1550nm波段的探测效率，曲线④为器件的暗计数。
图7至图9显示为本发明实施例二中提供的不同示例的多光谱超导纳米线单光子探测器的结构示意图。
图10至图12显示为本发明实施例三中提供的不同示例的多光谱超导纳米线单光子探测器的结构示意图。
元件标号说明
10 衬底
11 第一光学薄膜叠层结构
111 SiO2光学薄膜层
112 TiO2光学薄膜层
113 Si光学薄膜层
114 Ta2O5光学薄膜层
12 第二光学薄膜叠层结构
13 超导纳米线
14 第一介质薄膜层
15 第二介质薄膜层
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。
请参阅图1至图12。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，所述多光谱超导纳米线单光子探测器包括：衬底10；第一光学薄膜叠层结构11，所述第一光学薄膜叠层结构11位于所述衬底10的上表面；第二光学薄膜叠层结构12，所述第二光学薄膜叠层结构12位于所述第一光学薄膜叠层结构11的上表面；所述第二光学薄膜叠层结构12的中心波长与所述第一光学薄膜叠层结构11的中心波长不同；超导纳米线13，所述超导纳米线13位于所述第二光学薄膜叠层结构12的上表面。本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器通过在所述超导纳米线13与所述衬底10之间设置具有不同中心波长的所述第一光学薄膜叠层结构11及所述第二光学薄膜叠层结构12，所述第二光学薄膜叠层结构12即作为反射镜用于在其中心波长处达到高效吸收，又对所述第一光学薄膜叠层结构11反射波段的光起到相移的作用，导致其吸收波长发生偏移、吸收峰数量变多，可以实现多个波段的高效吸收，即可以得到多个共振吸收波长，从而可以满足用户对不同波段单光子探测器的应用需求，以及多波段成像或多波段探测等应用的需求。
作为示例，所述衬底10可以包括硅衬底、MgO衬底或蓝宝石衬底；所述衬底10的厚度可以根据实际需要进行设定，譬如，所述衬底10的厚度可以为但不仅限于300微米～500微米；优选地，本实施例中，所述衬底10为硅衬底，所述衬底10的厚度可以为400微米。当然，其他种类的衬底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，所述第一光学薄膜叠层结构11及所述第二光学薄膜叠层结构12均可以包括两种依次上下交替叠置的光学薄膜层，两种所述光学薄膜层具有不同的折射率。
优选地，本实施例中，所述第一光学薄膜叠层结构11包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与TiO2光学薄膜层112，此时，可以为所述SiO2光学薄膜层111位于所述衬底10的上表面，即所述SiO2光学薄膜层111为底层光学薄膜层，如图1所示；也可以为所述TiO2光学薄膜层112位于所述衬底10的上表面，即所述TiO2光学薄膜层112为底层光学薄膜层。所述第二光学薄膜叠层结构12可以包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与TiO2光学薄膜层112，此时，可以为所述SiO2光学薄膜层111位于所述第一光学薄膜层叠层结构11的上表面，即所述SiO2光学薄膜层111为底层光学薄膜层，如图1所示；也可以为所述TiO2光学薄膜层112位于所述第一光学薄膜叠层结构11的上表面，即所述TiO2光学薄膜层112为底层光学薄膜层。
在一示例中，所述第一光学薄膜叠层结构11中，自底层至次顶层的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4，且顶层的所述光学薄膜层的厚度不限于入射光在其内等效波长的1/4；所述第二光学薄膜叠层结构12中，自底层至次顶层的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4，且顶层的所述光学薄膜层的厚度不限于入射光在其内等效波长的1/4。本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器的所述第一光学薄膜叠层结构11及所述第二光学薄膜叠层结构12的顶层光学薄膜层的厚度大于在其内等效波长的1/4，可以通过调节所述第一光学薄膜叠层结构11及所述第二光学薄膜叠层结构12的顶层光学薄膜层的厚度得到不同所需波段的共振吸收波长。
在另一示例中，如图2所示，所述第一光学薄膜叠层结构11中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述第二光学薄膜叠层结构12中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述多光谱超导纳米线单光子探测器还包括第一介质薄膜层14及第二介质薄膜层15，其中，所述第一介质薄膜层14位于所述第一光学薄膜叠层结构11与所述第二光学薄膜叠层结构12之间，所述第二介质薄膜层15位于所述第二光学薄膜叠层结构12与所述超导纳米线13之间。本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器在所述第一光学薄膜层叠层结构11的顶部增设第一介质层14，并在第二光学薄膜叠层结构12的顶部增设所述第二介质层15，可以通过调节所述第一介质层14及所述第二介质层15的厚度得到不同所需波段的共振吸收波长。
在又一示例中，如图3所示，所述第一光学薄膜叠层结构11中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述第二光学薄膜叠层结构12中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述多光谱超导纳米线单光子探测器还包括第一介质薄膜层14及第二介质薄膜层15，其中，所述第一介质薄膜层14位于所述第一光学薄膜叠层结构11与所述第二光学薄膜叠层结构12之间，所述第二介质薄膜层15位于所述第二光学薄膜叠层结构12的上表面，且包覆所述超导纳米线13。
需要说明的是，在图3中，所述第二介质薄膜层15包覆所述超导纳米线13且使得所述超导纳米线13与所述第二光学薄膜叠层结构12的上表面具有间距；在其他示例中，也可以为所述超导纳米线13位于所述第二光学薄膜叠层结构12的上表面，且所述第二介质薄膜层15包覆所述超导纳米线13。
作为示例，所述第一介质薄膜层14的材料可以与位于其下方且与其相接触的光学薄膜材料层的材料相同，即所述第一介质薄膜层14的材料可以与所述第一光学薄膜叠层结构11中的顶层光学薄膜层的材料相同；所述第二介质薄膜层15的材料可以与位于其下方且与其相接触的光学薄膜材料层的材料相同，即所述第二介质薄膜层15的材料可以与所述的人光学薄膜叠层结构12中的顶层光学薄膜材料层的材料相同。
作为示例，所述第一光学薄膜叠层结构11的中心波长可以大于所述第二光学薄膜叠层结构12的中心波长。譬如，所述第一光学薄膜叠层结构11的中心波长可以包括1440nm，所述第二光学薄膜叠层结构12的中心波长可以包括1020nm。
需要说明的是，所述第一光学薄膜叠层结构11的中心波长并不仅限于1440nm，所述第二光学薄膜叠层结构12的中心波长并不仅限于1020nm；所述第一光学薄膜叠层结构11的中心波长及所述第二光学薄膜叠层结构12的中心波长可以根据实际需要进行设定，譬如，可以通过调整所述第一光学薄膜叠层结构11的厚度、所述第一光学薄膜叠层结构11中的光学薄膜材料层的材料等来调整所述第一光学薄膜叠层结构11的中心波长，可以通过调整所述第二光学薄膜叠层结构12的厚度、所述第二光学薄膜叠层结构12中的光学薄膜材料层的材料等来调整所述第二光学薄膜叠层结构12的中心波长。
作为示例，所述第一光学薄膜叠层结构11的厚度可以根据实际需要进行设定，优选地，所述第一光学薄膜叠层结构11中，两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置5～15个周期，即所述SiO2光学薄膜层111与所述TiO2光学薄膜层112依次上下交替叠置5～15个周期；更为优选地，本实施例中，所述SiO2光学薄膜层111与所述TiO2光学薄膜层112依次上下交替叠置8个周期。需要说明的是，图1至图3仅以所述第一光学薄膜叠层结构11中所述SiO2光学薄膜层111与所述TiO2光学薄膜层112依次上下交替叠置5个周期作为示例。
作为示例，所述第二光学薄膜叠层结构12的厚度可以根据实际需要进行设定，即所述第二光学薄膜叠层结构中，两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置的周期数可以根据实际需要进行设定；然而，若所述第二光学薄膜叠层结构12的厚度太厚，虽然可以产生更多的共振吸收峰，但每个吸收峰会很窄，在实际应用中可能会出现问题；若所述第二光学薄膜叠层结构12的厚度太薄，所述第二光学薄膜叠层结构12就在其自身中心波长处无法实现高效吸收。优选地，所述第二光学薄膜叠层结构12中，两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置4～10个周期，即所述SiO2光学薄膜层111与所述TiO2光学薄膜层112依次上下交替叠置4～10个周期；本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器中所述第二光学薄膜叠层结构12中两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置4～10个周期，即可以保证所述第二光学薄膜叠层结构12可以在其中心波长处实现高效吸收(譬如，1060nm波段的高效吸收)，又可以保证产生的多个共振吸收峰(譬如，1310nm波段及1550nm波段)的宽度足够宽。
需要说明的是，还可以通过调整所述第一光学薄膜叠层结构11的厚度及中心波长、所述第二光学薄膜叠层结构12的后及中心波长等参数还可以获得其他波段的共振吸收峰，譬如，630nm波段、830nm波段及940nm波段等等。
更为优选地，本实施例中，所述第二光学薄膜叠层结构12中，所述SiO2光学薄膜层111与所述TiO2光学薄膜层112依次上下交替叠置6个周期。需要说明的是，图1至图3仅以所述第二光学薄膜叠层结构12中所述SiO2光学薄膜层111与所述TiO2光学薄膜层112依次上下交替叠置4个周期作为示例。
作为示例，所述超导纳米线13的形状可以为曲折蜿蜒状，即所述超导纳米线13可以呈曲折蜿蜒状延伸。所述超导纳米线13的材料可以包括NbN、Nb、TaN、MoSi、MoGe、NbTiN或WSi；优选地，本实施例中，所述超导纳米线13的材料可以为NbN。
作为示例，所述超导纳米线13的尺寸可以根据实际需要进行设定，优选地，所述超导纳米线13的宽度可以为50纳米～100纳米，所述超导纳米线13的厚度可以为5纳米～10纳米。
请参阅图4，由图4可知，本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器在较宽波段范围内具有较高的反射率，且在多个不同波段可以实现高效吸收，譬如图4中的1060nm、1310nm及1550nm处均有较高效的光吸收。
请参阅图5，由图5可知，本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器在较宽波段范围内具有较高的反射率，且在多个不同波段可以实现高效吸收，譬如图4中的1060nm、1310nm及1550nm处均有较高效的光吸收；同时，本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器在多个不同波段均具有较高的探测效率。
请参阅图6，由图6可知，本发明的多光谱超大纳米线单光子探测器在1064nm、1310nm及1550nm三个波段均取得了较高(大于80％)的探测效率。
实施例二
请结合图1至图6参阅图7至图9，本实施例还提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的多光谱超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例一中所述的多光谱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：实施例一中，所述第一光学薄膜叠层结构11包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与TiO2光学薄膜层112，所述第二光学薄膜叠层结构12可以包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与TiO2光学薄膜层112；而本实施例中，所述第一光学薄膜叠层结构11包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与Si光学薄膜层113，所述第二光学薄膜叠层结构12可以包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与Si光学薄膜层113。此时，所述第一光学薄膜叠层结构11中，此时，可以为所述SiO2光学薄膜层111位于所述衬底10的上表面，即所述SiO2光学薄膜层111为底层光学薄膜层，如图7至图9所示；也可以为所述Si光学薄膜层113位于所述衬底10的上表面，即所述Si光学薄膜层113为底层光学薄膜层；所述第二光学薄膜叠层结构12中，此时，可以为所述SiO2光学薄膜层111位于所述第一光学薄膜叠层结构11的上表面，即所述SiO2光学薄膜层111为底层光学薄膜层，如图7至图9所示；也可以为所述Si光学薄膜层113位于所述第一光学薄膜叠层结构11的上表面，即所述Si光学薄膜层113为底层光学薄膜层。
本实施例中所述的多光谱超导纳米线单光子探测器的其他结构及多光谱超导纳米线单光子探测器具有的效果与实施例一中所述的多光谱超导纳米线单光子探测器中对应结构及多光谱超导纳米线单光子探测器具有的效果相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。
实施例三
请结合图1至图6参阅图10至图12，本实施例还提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，本实施例中所述的多光谱超导纳米线单光子探测器的具体结构与实施例一中所述的多光谱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：实施例一中，所述第一光学薄膜叠层结构11包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与TiO2光学薄膜层112，所述第二光学薄膜叠层结构12可以包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与TiO2光学薄膜层112；而本实施例中，所述第一光学薄膜叠层结构11包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与Ta2O5光学薄膜层114，所述第二光学薄膜叠层结构12可以包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层111与Ta2O5光学薄膜层114。此时，所述第一光学薄膜叠层结构11中，此时，可以为所述SiO2光学薄膜层111位于所述衬底10的上表面，即所述SiO2光学薄膜层111为底层光学薄膜层，如图10至图12所示；也可以为所述Ta2O5光学薄膜层114位于所述衬底10的上表面，即Ta2O5光学薄膜层114为底层光学薄膜层；所述第二光学薄膜叠层结构12中，此时，可以为所述SiO2光学薄膜层111位于所述第一光学薄膜叠层结构11的上表面，即所述SiO2光学薄膜层111为底层光学薄膜层，如图10至图12所示；也可以为Ta2O5光学薄膜层114位于所述第一光学薄膜叠层结构11的上表面，即Ta2O5光学薄膜层114为底层光学薄膜层。
本实施例中所述的多光谱超导纳米线单光子探测器的其他结构及多光谱超导纳米线单光子探测器具有的效果与实施例一中所述的多光谱超导纳米线单光子探测器中对应结构及多光谱超导纳米线单光子探测器具有的效果相同，具体请参阅实施例一，此处不再累述。
综上所述，本发明提供一种多光谱超导纳米线单光子探测器，所述多光谱超导纳米线单光子探测器包括：衬底；第一光学薄膜叠层结构，位于所述衬底的上表面；第二光学薄膜叠层结构，位于所述第一光学薄膜叠层结构的上表面；所述第二光学薄膜叠层结构的中心波长与所述第一光学薄膜叠层结构的中心波长不同；超导纳米线，位于所述第二光学薄膜叠层结构的上表面。本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器通过在超导纳米线与衬底之间设置具有不同中心波长的第一光学薄膜叠层结构及第二光学薄膜叠层结构，第二光学薄膜叠层结构即作为反射镜用于在其中心波长处达到高效吸收，又对第一光学薄膜叠层结构反射波段的光起到相移的作用，导致其吸收波长发生偏移、吸收峰数量变多，可以实现多个波段的高效吸收，即可以得到多个共振吸收波长，从而可以满足用户对不同波段单光子探测器的应用需求，以及多波段成像或多波段探测等应用的需求；本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器的第一光学薄膜叠层结构及第二光学薄膜叠层结构的顶层光学薄膜层的厚度大于在其内等效波长的1/4，或者在第一光学薄膜层叠层结构的顶部增设第一介质层，在第二光学薄膜叠层结构的顶部增设第二介质层，可以通过调节顶层光学薄膜层的厚度或第一介质层及第二介质层的厚度得到不同所需波段的共振吸收波长；本发明的多光谱超导纳米线单光子探测器中第二光学薄膜叠层结构中两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置4～10个周期，即可以保证第二光学薄膜叠层结构可以在其中心波长处实现高效吸收，又可以保证产生的多个共振吸收峰的宽度足够宽。
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 (7)
1.一种多光谱超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述多光谱超导纳米线单光子探测器包括：
衬底；
第一光学薄膜叠层结构，位于所述衬底的上表面；
第二光学薄膜叠层结构，位于所述第一光学薄膜叠层结构的上表面；所述第一光学薄膜叠层结构的中心波长大于所述第二光学薄膜叠层结构的中心波长，所述第二光学薄膜叠层结构作为反射镜用于在其中心波长处达到高效吸收，同时对所述第一光学薄膜叠层结构反射波段的光起到相移的作用，使所述第一光学薄膜叠层结构的吸收波长发生偏移、吸收峰数量变多，实现所述第一光学薄膜叠层结构在多个波段的高效吸收；
超导纳米线，位于所述第二光学薄膜叠层结构的上表面；
其中，所述第一光学薄膜叠层结构及所述第二光学薄膜叠层结构均包括两种依次上下交替叠置的光学薄膜层，两种所述光学薄膜层具有不同的折射率；所述第一光学薄膜叠层结构中，两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置5～15个周期；所述第二光学薄膜叠层结构中，两种不同的所述光学薄膜层依次上下交替叠置4～10个周期。
2.根据权利要求1所述的多光谱超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述第一光学薄膜叠层结构包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层与TiO2光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2光学薄膜层与Si光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2与Nb2O5光学薄膜层或依次上下交替叠置的SiO2与Ta2O5光学薄膜层；所述第二光学薄膜叠层结构包括依次上下交底叠置的SiO2光学薄膜层与TiO2光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2光学薄膜层与Si光学薄膜层、依次上下交替叠置的SiO2与Nb2O5光学薄膜层或依次上下交替叠置的SiO2与Ta2O5光学薄膜层。
3.根据权利要求1或2所述的多光谱超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述第一光学薄膜叠层结构中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述第二光学薄膜叠层结构中的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4；所述多光谱超导纳米线单光子探测器还包括第一介质薄膜层及第二介质薄膜层，其中，所述第一介质薄膜层位于所述第一光学薄膜叠层结构与所述第二光学薄膜叠层结构之间，所述第二介质薄膜层位于所述第二光学薄膜叠层结构与所述超导纳米线之间，或位于所述第二光学薄膜叠层结构的上表面，且包覆所述超导纳米线。
4.根据权利要求1或2所述的多光谱超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述第一光学薄膜叠层结构中，自底层至次顶层的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4，且顶层的所述光学薄膜层的厚度大于入射光在其内等效波长的1/4；所述第二光学薄膜叠层结构中，自底层至次顶层的各所述光学薄膜层的厚度均等于入射光在其内等效波长的1/4，且顶层的所述光学薄膜层的厚度大于入射光在其内等效波长的1/4。
5.根据权利要求1所述的多光谱超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述超导纳米线的材料薄膜NbN、Nb、TaN、MoSi、MoGe、NbTiN或WSi。
6.根据权利要求1所述的多光谱超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述超导纳米线的宽度为50纳米～100纳米，所述超导纳米线的厚度为5纳米～10纳米。
7.根据权利要求1所述的多光谱超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述超导纳米线包括单根线条构成的单一像元探测器、多根线条构成的多像素或者多通道纳米线探测器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811486995.1A CN109659386B (zh) | 2018-12-06 | 2018-12-06 | 多光谱超导纳米线单光子探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811486995.1A CN109659386B (zh) | 2018-12-06 | 2018-12-06 | 多光谱超导纳米线单光子探测器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109659386A CN109659386A (zh) | 2019-04-19 |
| CN109659386B true CN109659386B (zh) | 2021-08-20 |
Family
ID=66112473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811486995.1A Active CN109659386B (zh) | 2018-12-06 | 2018-12-06 | 多光谱超导纳米线单光子探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109659386B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7379056B2 (ja) * | 2019-10-01 | 2023-11-14 | キヤノン株式会社 | 受光素子、検知システム |
| CN112781725A (zh) * | 2019-11-08 | 2021-05-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 多光谱超导纳米线单光子探测器、成像系统及成像方法 |
| CN111649821B (zh) * | 2020-06-05 | 2021-07-30 | 南京大学 | 可编程响应率的超导纳米线单像素光谱仪实现方法 |
| CN114530517A (zh) * | 2020-11-23 | 2022-05-24 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种平板探测器及医学影像探测设备 |
| CN112885907B (zh) * | 2020-11-27 | 2022-09-20 | 西北工业大学 | 一种与半导体Si集成的人工神经元及其应用 |
| CN115597501B (zh) * | 2022-09-30 | 2023-11-03 | 中山吉联光电科技有限公司 | 一种高精密宽光谱光学薄膜厚度在线监控系统 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104064631B (zh) * | 2014-07-15 | 2016-08-31 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 降低超导纳米线单光子探测器件非本征暗计数的方法及器件 |
| CN104091883A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-08 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于介质薄膜反射镜的超导纳米线单光子探测器 |
| CN107564990B (zh) * | 2017-07-27 | 2019-05-17 | 南京大学 | 一种双带宽的超导纳米线单光子探测器 |
| CN108666409A (zh) * | 2018-05-10 | 2018-10-16 | 东南大学 | 一种提高超导纳米线吸收效率的结构 |
-
2018
- 2018-12-06 CN CN201811486995.1A patent/CN109659386B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109659386A (zh) | 2019-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109659386B (zh) | 多光谱超导纳米线单光子探测器 | |
| CN107942540B (zh) | 一种基于相变材料的具有动态色彩显示的光调制器件及其制备方法 | |
| US9177985B2 (en) | Array of nanowires in a single cavity with anti-reflective coating on substrate | |
| US8750653B1 (en) | Infrared nanoantenna apparatus and method for the manufacture thereof | |
| US8759929B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| US8698207B2 (en) | Photodetector having a very thin semiconducting region | |
| WO2008073439A2 (en) | Devices and methods for light control in material composites | |
| US8897609B1 (en) | Frequency selective infrared sensors | |
| JP2008071908A (ja) | 超伝導光検出素子 | |
| CN107507884B (zh) | 宽谱超导纳米线单光子探测器件 | |
| CN111141385B (zh) | 窄带透射滤波器及片上光谱分析与成像系统 | |
| US11774655B2 (en) | Simultaneous phase and polarization modulation by hybrid metasurface for on-chip polarization filters | |
| US20190348549A1 (en) | High responsivity high bandwidth photodiode and method of manufacture | |
| CN111947778B (zh) | 超导纳米线及超导纳米线单光子探测器 | |
| CN112781725A (zh) | 多光谱超导纳米线单光子探测器、成像系统及成像方法 | |
| US20220285588A1 (en) | Multi-spectral stealth device | |
| US20140360575A1 (en) | Colored solar cell device | |
| CN213069242U (zh) | 一种光吸收器 | |
| TW200524175A (en) | One dimensional photonic crystal and light emitting device made from the same | |
| Satoh et al. | Angle-sensitive pixel based on silicon-on-insulator pn junction photodiode with aluminum grating gate electrode | |
| CN112781735B (zh) | 基于高反膜自对准超导纳米线单光子探测器的制备方法 | |
| US20230358936A1 (en) | Simultaneous phase and polarization modulation by hybrid metasurface for on-chip polarization filters | |
| US20230375406A1 (en) | Light sensor and a method for manufacturing a light sensor | |
| CN114675360B (zh) | 一种导模共振窄带滤波单元结构及多光谱芯片 | |
| US20220359794A1 (en) | Light-emitting diode structure |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |