CN109962120A - 跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，包括：第一超导纳米线单光子探测器，即通信专用单光子探测器；超导纳米线单光子探测器阵列，包括多个第二超导纳米线单光子探测器，多个第二超导纳米线单光子探测器位于第一超导纳米线单光子探测器外围；超导纳米线单光子探测器阵列用于跟瞄定位入射光的光斑是否偏离第一超导纳米线单光子探测器的光敏面。本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器可以通过光计数反馈实时调整光斑的位置，以确保入射光的光斑与第一超导纳米线单光子探测器的光敏面对准，确保跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器具有较高的耦合效率。
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，特别是涉及一种空间光应用的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器及使用方法。
背景技术
空间光通讯，特别是涉及深空通讯时，需要跟瞄系统及光探测系统配合进行光通讯。高效光通讯过程中需要光探测系统具有接收范围大，响应速度快，耦合探测效率高等优点。现有的光探测系统采用的半导体光探测器的响应速率、探测效率均较低等缺点无法实现远距离的高速光通信。现有的超导纳米线单光子探测器虽然探测效率高，但是其加工难度随着光敏面的增大而增加，响应速度随着光敏面的增加而降低，且多像素探测器阵列的工艺加工难度较大。
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跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器结构及使用方法，用于解决现有技术中现有的光探测系统的技术缺点。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器包括：
第一超导纳米线单光子探测器，用于对入射光进行探测；
超导纳米线单光子探测器阵列，包括多个第二超导纳米线单光子探测器，多个所述第二超导纳米线单光子探测器位于所述第一超导纳米线单光子探测器外围；所述超导纳米线单光子探测器阵列用于跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面。
可选地，所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面大于所述第二超导纳米线单光子探测器的光敏面。
可选地，所述第一超导纳米线单光子探测器包括多根超导纳米线；各所述第二超导纳米线单光子探测器均包括单根超导纳米线。
可选地，所述第一超导纳米线单光子探测器中的多根所述超导纳米线沿相同方向延伸构成互嵌式多像素结构。
可选地，所述第二超导纳米线单光子探测器的数量为多个，多个所述第二超导纳米线单光子探测器沿所述第一超导纳米线单光子探测器的周向间隔排布。。
本发明还提供一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的使用方法，所述包括如下步骤：
提供如上述任一方案中所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器；
将入射光投射于所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器上，使用所述第一超导纳米线单光子探测器对所述入射光进行光探测，同时使用所述超导纳米线单光子探测器阵列跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面，并于所述入射光的光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面时对所述入射光的入射方向进行调整。
可选地，使用所述超导纳米线单光子探测器阵列跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面，并于所述入射光的光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面时对所述入射光的入射方向进行调整包括如下步骤：
将所述超导纳米线单光子探测器阵列与多通道计数器相连接；
依据所述多通道计数器显示的各所述第二超导纳米线单光子探测器探测到的光计数的大小判断所述光斑是否偏离所述第一超导纳米单光子探测器的光敏面；在所述光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面时判断所述光斑的偏离位置，依据所述光斑的偏离位置调整所述入射光的入射方向直至各所述第二超导纳米单光子探测器探测到的光计数相同。
如上所述，本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器及使用方法，具有以下有益效果：
本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器通过将用于跟瞄光斑的第二超导纳米线单光子探测器设置于用于对入射光进行探测的第一超导纳米线单光子探测器外围，可以通过光计数反馈实时调整光斑的位置，以确保入射光的光斑与第一超导纳米线单光子探测器的光敏面对准，确保跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器具有较高的耦合效率；所述第一超导纳米线单光子探测器采用多根纳米线互嵌的形式，此结构可实现高速高效的光探测，可以满足高速通讯及远距离光通信的应用需求；同时，本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器具有设计结构简单、工艺加工难度较小，探测器耦合损失小，便于操作等优点。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的俯视结构示意图。
图2显示为本发明实施例二中提供的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的使用方法的流程图。
元件标号说明
1 第一超导纳米线单光子探测器
2 第二超导纳米线单光子探测器
3 超导纳米线
D 第一超导纳米线单光子探测器的光敏面的直径
d 第二超导纳米线单光子探测器的光敏面的直径
α 相邻两第二超导纳米线单光子探测器的中心与第一超导纳米线单光子探测器的中心连线之间的夹角
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2。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，本发明提供一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器包括：
第一超导纳米线单光子探测器1，所述第一超导纳米线单光子探测器1用于对入射光进行探测；
超导纳米线单光子探测器阵列，所述超导纳米线单光子探测器阵列包括多个第二超导纳米线单光子探测器2，多个所述第二超导纳米线单光子探测器2位于所述第一超导纳米线单光子探测器1外围；所述超导纳米线单光子探测器用于跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面。本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器通过将用于跟瞄光斑的所述第二超导纳米线单光子探测器2设置于用于对入射光进行探测的所述第一超导纳米线单光子探测器1外围，可以通过光计数反馈实时调整光斑的位置，以确保入射光的光斑与所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面对准，确保跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器具有较高的耦合效率；同时，本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器具有结构简单、便于操作等优点。
作为示例，各所述第二超导纳米线单光子探测器2与所述第一超导纳米线单光子探测器1之间均可以具有间距，各所述第二超导纳米线单光子探测器2与所述第一超导纳米线单光子探测器1之间的间距可以根据实际需要进行设定，譬如，各所述第二超导纳米线单光子探测器2与所述第一超导纳米线单光子探测器1之间的间距可以为15微米，当然，在其他示例中，二者的间距还可以根据实际需要设定为其他任意可能的数值。
作为示例，所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面及所述第二超导纳米线单光子探测器2的光敏面可以根据实际需要进行设定，优选地，所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面可以大于通讯系统光斑的尺寸。在一示例中，所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面的直径D可以为但不仅限于50微米，各所述第二超导纳米线单光子探测器2的光敏面的直径d可以为但不仅限于20微米。所述第一超导纳米线单光子探测器1采用大光敏面设计，可以增大通讯光路的接收视场，提高通信光能量接收效率；所述第二超导纳米线单光子探测器2采用小光敏面设计，可以减小工艺加工难度。
作为示例，所述第一超导纳米线单光子探测器1可以包括多根超导纳米线3，各所述第二超导纳米线单光子探测器2可以包括单条超导纳米线3。具体的，所述第一超导纳米线单光子探测器1包括的所述超导纳米线3的数量可以根据实际需要进行设定，譬如，所述第一超导纳米线单光子探测器1可以包括的所述超导纳米线3的数量可以为3条、4条、5条、6条、7条、8条、9条等等。所述第一超导纳米线单光子探测器1包括多根超导纳米线，可以提高通讯速度；所述第二超导纳米线单光子探测器2包括单根超导纳米线，可以减小工艺加工难度。
作为示例，所述超导纳米线3的形状可以为曲折蜿蜒状，即所述超导纳米线3可以呈曲折蜿蜒状延伸。所述超导纳米线3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3的材料可以为NbN。
作为示例，所述超导纳米线3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3的宽度可以为50纳米～100纳米，所述超导纳米线3的厚度可以为5纳米～10纳米。
作为示例，所述第一超导纳米线单光子探测器1中的多根所述超导纳米线3沿相同方向延伸构成互嵌式多像素结构。具体的，所述互嵌式多像素结构是指多根所述超导纳米线3并在一起沿相同的方向延伸(譬如，呈蜿蜒状延伸或呈直线状延伸)而构成的结构。所述第一超导纳米线单光子探测器1设置为互嵌式多像素结构，使得所述第一超导纳米线单光子探测器1可以实现高效高速的光探测。
作为示例，多个所述第二超导纳米线单光子探测器2沿所述第一超导纳米线单光子探测器1的周向间隔排布。所述第二超导纳米线单光子探测器2的数量可以根据实际需要进行设置，譬如，所述第二超导纳米线单光子探测器2的数量可以为四个、六个或八个等等。图1中仅以所述第二超导纳米线单光子探测器2的数量为六个作为示例。
作为示例，多个所述第二超导纳米线单光子探测器2可以沿所述第一超导纳米线单光子探测器1的周向任意排布，也可以沿所述第一超导纳米线单光子探测器1的周向均匀间隔排布；优选地，本实施例中，多个所述第二超导纳米线单光子探测器2沿所述第一超导纳米线单光子探测器1的周向均匀间隔排布，此时，以图1中所述第二超导纳米线单光子探测器2的数量为六个作为示例，相邻两所述第二超导纳米线单光子探测器2的中心与所述第一超导纳米线单光子探测器1的中心的连线之间的夹角α为60°。
本发明的所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的工作原理为：在使用所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器进行入射光探测时，将各所述第二超导纳米线单光子探测器2分别与多通道计数器相连接，根据所述多通道计数器显示的各所述第二超导纳米线单光子探测器2探测到的光计数的大小判断所述光斑的偏离位置，为了便于说明，此处以各所述第二超导纳米线单光子探测器2中位于所述第一超导纳米线单光子探测器1右侧的所述第二超导纳米线单光子探测器2探测到的光计数最大作为示例，则说明所述入射光向右侧发生了偏移，此时，需要将所述入射光向左侧进行调整，直至各所述第二超导纳米线单光子探测器2探测到的光计数相同为止。
实施例二
请结合图1参阅图2，本发明还提供一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的使用方法，所述使用方法为实施例一中所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的使用方法，所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的使用方法包括如下步骤：
1)提供如实施例一中所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的具体结构部请参阅实施例一，此处不再累述；
2)将入射光投射于所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器上，使用所述第一超导纳米线单光子探测器1对所述入射光进行光探测，同时使用所述超导纳米线单光子探测器阵列跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面，并于所述入射光的光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面时对所述入射光的入射方向进行调整。
作为示例，使用所述超导纳米线单光子探测器阵列跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面，并于所述入射光的光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面时对所述入射光的入射方向进行调整包括如下步骤：
2-1)将所述超导纳米线单光子探测器阵列与多通道计数器(未示出)相连接；
2-2)依据所述多通道计数器显示的各所述第二超导纳米线单光子探测器2探测到的光计数的大小判断所述光斑是否偏离所述第一超导纳米单光子探测器1的光敏面；在所述光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器1的光敏面时判断所述光斑的偏离位置，依据所述光斑的偏离位置调整所述入射光的入射方向直至各所述第二超导纳米单光子探测器2探测到的光计数相同。
作为示例，以图1中所示的所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器作为示例，步骤2-2)中，此时，此处以各所述第二超导纳米线单光子探测器2中位于所述第一超导纳米线单光子探测器1右侧的所述第二超导纳米线单光子探测器2探测到的光计数最大作为示例，则说明所述入射光向右侧发生了偏移，此时，需要将所述入射光向左侧进行调整，直至各所述第二超导纳米线单光子探测器2探测到的光计数相同为止。
综上所述，本发明提供一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器及使用方法，所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器包括：第一超导纳米线单光子探测器，用于对入射光进行探测；超导纳米线单光子探测器阵列，包括多个第二超导纳米线单光子探测器，多个所述第二超导纳米线单光子探测器位于所述第一超导纳米线单光子探测器外围；所述超导纳米线单光子探测器阵列用于跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面。本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器通过将用于跟瞄光斑的第二超导纳米线单光子探测器设置于用于对入射光进行探测的第一超导纳米线单光子探测器外围，可以通过光计数反馈实时调整光斑的位置，以确保入射光的光斑与第一超导纳米线单光子探测器的光敏面对准，确保跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器具有较高的耦合效率；所述第一超导纳米线单光子探测器采用多根纳米线互嵌的形式，此结构可实现高速高效的光探测，可以满足高速通讯及远距离光通信的应用需求；同时，本发明的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器具有结构简单、便于操作等优点。
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)
1.一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，其特征在于，包括：
第一超导纳米线单光子探测器，用于对入射光进行探测；
超导纳米线单光子探测器阵列，包括多个第二超导纳米线单光子探测器，多个所述第二超导纳米线单光子探测器位于所述第一超导纳米线单光子探测器外围；所述超导纳米线单光子探测器阵列用于跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面。
2.根据权利要求1所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面大于所述第二超导纳米线单光子探测器的光敏面。
3.根据权利要求1所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述第一超导纳米线单光子探测器包括多根超导纳米线；各所述第二超导纳米线单光子探测器均包括单根超导纳米线。
4.根据权利要求2所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述第一超导纳米线单光子探测器中的多根所述超导纳米线沿相同方向延伸构成互嵌式多像素结构。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述第二超导纳米线单光子探测器的数量为多个，多个所述第二超导纳米线单光子探测器沿所述第一超导纳米线单光子探测器的周向均匀间隔排布。
6.一种跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供如权利要求1至5中任一项所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器；
将入射光投射于所述跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器上，使用所述第一超导纳米线单光子探测器对所述入射光进行光探测，同时使用所述超导纳米线单光子探测器阵列跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面，并于所述入射光的光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面时对所述入射光的入射方向进行调整。
7.根据权利要求6所述的跟瞄与通讯一体化超导纳米线单光子探测器的使用方法，其特征在于，使用所述超导纳米线单光子探测器阵列跟瞄定位所述入射光的光斑是否偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面，并于所述入射光的光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面时对所述入射光的入射方向进行调整包括如下步骤：
将所述超导纳米线单光子探测器阵列与多通道计数器相连接；
依据所述多通道计数器显示的各所述第二超导纳米线单光子探测器探测到的光计数的大小判断所述光斑是否偏离所述第一超导纳米单光子探测器的光敏面；在所述光斑偏离所述第一超导纳米线单光子探测器的光敏面时判断所述光斑的偏离位置，依据所述光斑的偏离位置调整所述入射光的入射方向直至各所述第二超导纳米单光子探测器探测到的光计数相同。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110631717A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-31 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于辅助曝光结构的超导纳米线单光子探测器光对准方法 |
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