CN110346040B - 宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法 - Google Patents

宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110346040B
CN110346040B CN201810288158.1A CN201810288158A CN110346040B CN 110346040 B CN110346040 B CN 110346040B CN 201810288158 A CN201810288158 A CN 201810288158A CN 110346040 B CN110346040 B CN 110346040B
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
nano
superconducting nanowire
fiber
substrate
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
Application number
CN201810288158.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110346040A (zh
Inventor
侯昕彤
尤立星
李�浩
王镇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN201810288158.1A priority Critical patent/CN110346040B/zh
Publication of CN110346040A publication Critical patent/CN110346040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110346040B publication Critical patent/CN110346040B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4413—Type
    • G01J2001/442—Single-photon detection or photon counting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法，包括：衬底；超导纳米线，位于衬底的表面；超导纳米线包括若干个平行间隔排布的直线部及位于相邻直线部之间以将各直线部依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部；直线部的长度介于100μm~200μm；微纳光纤，位于衬底上，且横跨超导纳米线；光学胶，位于衬底上，且固化包覆于超导纳米线及所述微纳光纤的外围；光学胶具有预设折射率范围，以防止微纳光纤中的入射光泄露至光学胶及衬底。本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器可以实现对从可见光到近红外光较大范围波长的光均具有较高光吸收率，具有探测波长范围广、探测效率高及结构简单等优点。

Description

宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法
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，特别是涉及一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法。
背景技术
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因为其高探测效率，低时间抖动，低暗计数，高计数率等优异的性能，被广泛应用在在量子通信、飞行时间测距和成像、生命医学、空间通讯等领域。近年来已经成为一种主流的单光子探测器。
宽谱性能对于SNSPD的应用有重要意义，例如大气检测，生物荧光检测、光学显微学以及单光子成像等。单个光子的能量(～1eV)远大于SNSPD采用的超导材料例如NbN，NbTiN以及WSi的超导能隙(～mV)，因此SNSPD天生具有从紫外光到红外的探测能力。由于SNSPD目前主要采用的是低温超导材料，它需要在低温环境下工作，所以器件一般放置在液氦或者机械制冷机中，外界的光子需要耦合到超导探测器件上。SNSPD的光耦合结构决定了探测器的光吸收效率，也在很大程度上限制了器件的尺寸、结构和性能，器件的带宽也会受到很大影响。
传统光纤垂直耦合的SNSPD带宽受制于光学腔、高反膜等光学结构，为了增大带宽需要采用针对性的特殊结构，制备工艺复杂并且带宽提升有限；波导耦合虽然可以实现较宽的光谱探测范围，但是器件整体的系统效率低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种简单容易实现、稳定性好、可移植性强的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法，用于解决现有技术中的探测器存在的探测波长范围小、探测效率低及制备工艺复杂等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器包括：
衬底；
超导纳米线，位于所述衬底的表面；所述超导纳米线包括若干个平行间隔排布的直线部及位于相邻所述直线部之间以将各所述直线部依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部；其中，所述直线部的长度介于100μm～200μm；
微纳光纤，位于所述衬底上，且横跨所述超导纳米线；
光学胶，位于所述衬底上，且固化包覆于所述超导纳米线及所述微纳光纤的外围；所述光学胶具有预设折射率范围，以防止所述微纳光纤中的入射光泄露至所述光学胶及所述衬底。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述衬底包括MgF2衬底。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线自所述微纳光纤的一侧延伸至所述微纳光纤的另一侧。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述超导纳米线的直线部与所述微纳光纤相平行。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述微纳光纤的下表面与所述超导纳米线的上表面相接触。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述微纳光纤经由单模光纤拉制而成；所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器还包括单模光纤及过渡光纤，其中，所述过渡光纤一端与所述单模光纤一端相连接，另一端与所述微纳光纤相连接；所述过渡光纤经由所述单模光纤拉制而成，所述过渡光纤的直径自所述单模光纤相连的一端向与所述微纳光纤相连接的一端逐渐减小。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述光学胶材料的成分包括丙烯酸氟树脂。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器还包括两电极，一所述电极经由一所述连接部与位于最外侧的一所述超导纳米线的自由端一端相连接，另一所述电极经由另一所述连接部与位于最外侧的另一所述超导纳米线的自由端相连接。
本发明还提供一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法包括如下步骤：
1)提供一衬底；
2)于所述衬底的表面形成超导纳米线；所述超导纳米线包括若干个平行间隔排布的直线部及位于相邻所述直线部之间以将各所述直线部依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部；其中，所述直线部的长度介于100μm～200μm；
3)于所述衬底上形成微纳光纤，所述微纳光纤横跨所述超导纳米线；
4)依据所述微纳光纤的直径、所述微纳光纤的材料、所述衬底的材料及入射光的波长和模式得到所需光学胶的折射率范围；
5)于所述衬底上形成具有上述折射率范围的光学胶，所述光学胶固化包覆于所述超导纳米线及所述微纳光纤的外围。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法的一种优选方案，步骤2)与步骤3)之间还包括如下步骤：于所述衬底表面形成一对电极，一所述电极与所述超导纳米线的一端相连接，另一所述电极与所述超导纳米线的另一端相连接。
作为本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法的一种优选方案，步骤4)中，使用COMSOL Multiphysics仿真系统依据所述微纳光纤的直径、所述微纳光纤的材料、所述衬底的材料及入射光的模式得到所需光学胶的折射率范围。
本发明的一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法具有以下有益效果：
本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器将超导纳米线中的直线部的长度限定于100μm～200μm之间，可以实现对从可见光到近红外光较大范围波长的光均具有较高光吸收率，具有探测波长范围广、探测效率高及结构简单等优点；同时，本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备工艺简单。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的立体结构示意图。
图2显示为本发明实施例一中提供的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器中的中的超导纳米线的结构示意图。
图3显示为图1中沿AA方向的截面结构示意图。
图4显示为图3中C区域的放大结构示意图。
图5显示为本发明实施例一中提供的微纳光纤直径为1.3μm、超导纳米线包括11根直线部的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器中不同长度的直线部的光吸收效率随波长变化的仿真结果示意图。
图6显示为本发明实施例二中提供的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法的流程图。
元件标号说明
11 衬底
12 超导纳米线
121 直线部
122 连接部
13 微纳光纤
14 光学胶
15 单模光纤
16 过渡光纤
17 电极
d1 直线部的宽度
d2 直线部之间的间隙
L 直线部的长度
h 直线部的高度
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至图6。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型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器包括：衬底11；超导纳米线12，所述超导纳米线12位于所述衬底11的表面；所述超导纳米线12包括若干个平行间隔排布的直线部121及位于相邻所述直线部121之间以将各所述直线部121依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部122；其中，所述直线部121的长度L介于100μm～200μm；微纳光纤13，所述微纳光纤13位于所述衬底上，且横跨所述超导纳米线12；光学胶14，所述光学胶14位于所述衬底11上，且固化包覆于所述超导纳米线12及所述微纳光纤13的外围；所述光学胶14具有预设折射率范围，以防止所述微纳光纤13中的入射光泄露至所述光学胶14及所述衬底11。
作为示例，所述衬底11可以为任意一种可以起支撑作用的衬底，譬如，半导体衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底等等，优选地，本实施例中，所述衬底11为MgF2衬底。更为具体的，所述衬底11为四方晶系、光轴方向为[001]、对TE模式的1550nm波长激光的折射率为1.3709、对TM模式的1550nm波长激光的折射率为1.3823的双折射MgF2衬底。
作为示例，如图2所示，所述超导纳米线12呈曲折蜿蜒状，所述超导纳米线12自所述微纳光纤13的一侧延伸至所述微纳光纤13的另一侧。具体的，所述超导纳米线12包括若干个平行间隔排布的直线部121及将各所述直线部121依次首尾连接的连接部122。
作为示例，所述超导纳米线12的材料包括NbN、Nb、TaN、NbTiN或WSi。优选地，本实施例中，所述超导纳米线12的材料为NbN。
作为示例，所述超导纳米线12的宽度及厚度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12中，相邻所述直线部121之间的间隙可以与所述直线部121的宽度相同，所述直线部121的宽度大于所述直线部121厚度，譬如，在一示例中，所述直线部121的宽度可以为80nm，所述直线部121的厚度可以为6.5nm。
需说明的是，由图5可知，为了对较大范围波长的光均具有较高光吸收率，所述直线部121的长度大于100μm即可实现，即2当所述直线部121的长度达到100μm即可实现对532nm～1650nm波长的光接近100％的光吸收率，及具有宽谱的效果；所述直线部121的长度太短达不到100μm时将达不到宽谱的效果，然而，若所述直线部121的长度太长，虽然可以达到宽谱的效果，但同时也会使得探测器的动态电感增大，探测器的响应速度将会变慢，并且若所述直线部121的长度太长，对所述直线部121的均匀性要求也将会更高，这无疑会增大制备所述直线部121的工艺的难度。
作为示例，所述直线部121如图1、图3及图4所示与所述微纳光纤13相平行。
作为示例，所述微纳光纤13的下表面与所述超导纳米线12的上表面相接触，即所述微纳光纤13位于所述超导纳米线12的上表面，以确保所述微纳光纤13可以与所述超导纳米线12实现最佳耦合。当然，在其他示例中，所述微纳光纤13与所述超导纳米线12之间还可以具有间隙。
作为示例，所述宽谱比微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器还包括单模光纤15及过渡光纤16，其中，所述过渡光纤16一端与所述单模光纤15相连接，另一端与所述微纳光纤13相连接；所述过渡光纤16经由所述单模光纤15拉制而成，所述过渡光纤16的直径自与所述单模光纤15相连的一端向与所述微纳光纤13相连的一端逐渐变小。具体的，通过对一所述单模光纤15进行拉制(光纤拉锥技术)，使得其部分区域逐渐变细，直至拉制到有些区域的直径达到目标直径(譬如，1μm)作为所述微纳光纤13，则在所述微纳光纤13与直径没有发生变化的所述单模光纤15之间就存在直径渐变的所述过渡光纤16，所述过渡光纤16的直径由所述单模光纤15的直径渐变至所述微纳光纤13的直径。更为具体的，所述单模光纤15可以为但不仅限于型号为SMF-28e的直径为1550nm的单模光纤。
作为示例，所述微纳光纤13、所述单模光纤15及所述过渡光纤16的材料均可以为但不仅限于SiO2。
作为示例，所述光学胶14的材料可以根据实际需要进行设定，所述光学胶14为低折射率光学胶，优选地，所述光学胶14的材料的主要成分包括丙烯酸氟树脂，更为优选地，本实施例中，所述光学胶14为Mypolymers公司的MY-133-EA型号的光学胶及Luvantix公司的SPC-373-AP型号的光学胶。
作为示例，所述微纳光纤13中输入的入射光可以为经过调制的包括TE模式或TM模式的激光。具有所述预设折射率范围的所述光学胶14，可以使得所述微纳光纤13内的TM模式的激光或TE模式的激光不会泄露至所述衬底11内或所述光学胶14内，以确保入射光被所述超导纳米线12吸收，从而确保所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器具有较高的探测效率。
作为示例，所述光学胶14的预设折射率范围通过COMSOL Multiphysics仿真系统依据所述微纳光纤13的直径、所述微纳光纤13的材料、所述衬底11的材料及入射光的波长和模式等参数仿真而得到。具体的，可以在所述COMSOL Multiphysics仿真系统中输入所述微纳光纤13的直径、所述微纳光纤13的材料、所述衬底11的材料及入射光的波长和模式等参数，通过穷举的方法逐一输入估算的光学胶14的折射率进行仿真，依据计算该模型得到的有效折射率的值判断微纳光纤13中的光是否泄露至所述衬底11内或所述光学胶14内(具体原理为本领域人员所知晓)。以此标准遍历一定范围光学胶14的折射率，找出仿真过程中所述入射光未从所述微纳光纤13中发生泄露所对应的仿真光学胶14折射率范围即为所述预设折射率范围。
需要说明的是，在确保入射光不从所述微纳光纤13中泄露的前提下，所述光学胶14的折射率越小越好。例如，对于直径为1.3μm的微纳光纤，经过仿真可知TE模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露所需的所述光学胶14的折射率为1.354～1.378，TM模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露，所需的所述光学胶14的折射率为1.373～1.393；则如果只考虑TE模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露，可以选择折射率为1.354～1.378的光学胶，最优选为折射率为1.354的光学胶如果只考虑TM模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露，可以选择折射率为1.373～1.393的光学胶，最优选为折射率为1.373的光学胶；而如果考虑TE模式的激光(水平偏振光)及TM模式的激光(垂直偏振光)均不从所述微纳光纤13中泄露，可以选择折射率为1.373～1.387的光学胶，最优选为折射率为1.373的光学胶。
作为示例，请继续参阅图1，所述宽谱比微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器还包括两电极17，一所述电极17与所述超导纳米线12的一端相连接，另一所述电极17与所述超导纳米线12的另一端相连接。所述电极17的材料可以为但不仅限于导电金属。
作为示例，所述宽谱比微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器可以与所需的使得纳米线处于超导态的稳定温度环境下进行工作，譬如2.2k(开尔文)的温度环境等等。
本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器将超导纳米线中的直线部的长度限定于100μm～200μm之间，可以实现对从可见光到近红外光较大范围波长的光均具有较高光吸收率，具有探测波长范围广、探测效率高(对于750nm～1650nm的光具有30％以上的探测效率)及结构简单等优点；同时，本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备工艺简单。
实施例二
请结合图1至图5参阅图6，本发明还提供一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法包括如下步骤：
1)提供一衬底；
2)于所述衬底的表面形成超导纳米线；所述超导纳米线包括若干个平行间隔排布的直线部及位于相邻所述直线部之间以将各所述直线部依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部；其中，所述直线部的长度介于100μm～200μm；
3)于所述衬底上形成微纳光纤，所述微纳光纤横跨所述超导纳米线；
4)依据所述微纳光纤的直径、所述微纳光纤的材料、衬底的材料及入射光的波长和模式得到所需光学胶的折射率范围；
5)于所述衬底上形成具有上述折射率范围的光学胶，所述光学胶固化包覆于所述超导纳米线及所述微纳光纤的外围。
在步骤1)中，请参阅图6中的S1步骤，提供一衬底11。
作为示例，所述衬底11可以为任意一种可以起支撑作用的衬底，譬如，半导体衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底等等，优选地，本实施例中，所述衬底11为MgF2衬底。更为具体的，所述衬底11为四方晶系、光轴方向为[001]、对TE模式的1550nm波长激光的折射率为1.3709、对TM模式的1550nm波长激光的折射率为1.3823的双折射率MgF2衬底。
在步骤2)中，请参阅图6中的S2步骤，于所述衬底11的表面形成超导纳米线12；所述超导纳米线12包括若干个平行间隔排布的直线部121及位于相邻所述直线部121之间以将各所述直线部121依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部122；其中，所述直线部121的长度L介于100μm～200μm。
作为示例，如图2所示，所述超导纳米线12呈曲折蜿蜒状。具体的，所述超导纳米线12包括若干个平行间隔排布的直线部121及将各所述直线部121依次首尾连接的连接部122。
作为示例，所述超导纳米线12的材料包括NbN、Nb、TaN、NbTiN或WSi。优选地，本实施例中，所述超导纳米线12的材料为NbN。
作为示例，所述超导纳米线12的宽度及厚度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12中，相邻所述直线部121之间的间隙可以与所述直线部121的宽度相同，所述直线部121的宽度大于所述直线部121厚度，譬如，在一示例中，所述直线部121的宽度可以为80nm，所述直线部121的厚度可以为6.5nm。
需要说明的是，于所述衬底11的表面形成所述超导纳米线12的方法为本领域人员所知晓，此处不再累述。
作为示例，步骤2)之后还包括如下步骤：于所述衬底11表面形成一对电极17，一所述电极17与所述超导纳米线12的一端相连接，另一所述电极17与所述超导纳米线12的另一端相连接。所述电极17的材料可以为但不仅限于导电金属。
在步骤3)中，请参阅图6中的S3步骤，于所述衬底11上形成微纳光纤13，所述微纳光纤13横跨所述超导纳米线12。作为示例，所述微纳光纤13可以如图1、图3及图4所示与所述直线部121相平行。所述超导纳米线12自所述微纳光纤13的一侧延伸至所述微纳光纤13的另一侧。
作为示例，所述微纳光纤13的下表面与所述超导纳米线12的上表面相接触，即所述微纳光纤13位于所述超导纳米线12的上表面，以确保所述微纳光纤13可以与所述超导纳米线12实现最佳耦合。当然，在其他示例中，所述微纳光纤13与所述超导纳米线12之间还可以具有间隙。
作为示例，所述宽谱比微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器还包括单模光纤15及过渡光纤16，其中，所述过渡光纤16一端与所述单模光纤15相连接，另一端与所述微纳光纤13相连接；所述过渡光纤16经由所述单模光纤15拉制而成，所述过渡光纤16的直径自与所述单模光纤15相连的一端向与所述微纳光纤13相连的一端逐渐变小。更为具体的，通过对一所述单模光纤15进行拉制(光纤拉锥技术)，使得其部分区域逐渐变细，直至拉制到有些区域的直径达到目标直径(譬如，1μm)作为所述微纳光纤13，则在所述微纳光纤13与直径没有发生变化的所述单模光纤15之间就存在直径渐变的所述过渡光纤16，所述过渡光纤16的直径由所述单模光纤15的直径渐变至所述微纳光纤13的直径。
作为示例，所述微纳光纤13、所述单模光纤15及所述过渡光纤16的材料均可以为但不仅限于SiO2。
作为示例，于所述衬底11上形成微纳光纤13的方法为本领域人员所知晓，此处不再累述。
在步骤4)中，请参阅图6中的S4步骤，依据所述微纳光纤13的直径、所述微纳光纤13的材料、所述衬底11的材料及入射光的波长和模式得到所需光学胶的折射率范围。
作为示例，所述光学胶14的预设折射率范围通过COMSOL Multiphysics仿真系统依据所述微纳光纤13的直径、所述微纳光纤13的材料、所述衬底11的材料及入射光的波长和模式等参数仿真而得到。具体的，可以在所述COMSOL Multiphysics仿真系统中输入所述微纳光纤13的直径、所述微纳光纤13的材料、所述衬底11的材料及入射光的波长和模式等参数，输入估算的光学胶14的折射率，依据计算得到的有效折射率的值判断微纳光纤13中的光是否泄露至所述衬底11内或所述光学胶14内。以此标准遍历一定范围内可能的光学胶14的折射率，找出仿真过程中所述入射光未从所述微纳光纤12中发生泄露所对应的仿真光学胶14折射率范围即为所述预设折射率范围。
需要说明的是，在确保入射光不从所述微纳光纤13中泄露的前提下，所述光学胶14的折射率越小越好。例如，对于直径为1.3μm的微纳光纤，经过仿真可知TE模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露所需的所述光学胶14的折射率为1.354～1.378，TM模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露，所需的所述光学胶14的折射率为1.373～1.393；则如果只考虑TE模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露，可以选择折射率为1.354～1.378的光学胶，最优选为折射率为1.354的光学胶如果只考虑TM模式的激光不从所述微纳光纤13中泄露，可以选择折射率为1.373～1.393的光学胶，最优选为折射率为1.373的光学胶；而如果考虑TE模式的激光及TM模式的激光均不从所述微纳光纤13中泄露，可以选择折射率为1.373～1.387的光学胶，最优选为折射率为1.373的光学胶。
在步骤5)中，请参阅图6中的S5步骤，于所述衬底11上形成具有上述折射率范围的光学胶14，所述光学胶14固化包覆于所述超导纳米线12及所述微纳光纤13的外围。
作为示例，可以根据步骤4)得到的所需的折射率范围选择与之相对应的光学胶14，然后将所述光学胶14滴涂于所述超导纳米线12及所述微纳光纤13，最后通过固化使得所述光学胶14固化包覆于所述超导纳米线12及所述微纳光纤13的外围.
作为示例，所述光学胶14的材料可以根据实际需要进行设定，优选地，所述光学胶14材料的主要成分包括丙烯酸氟树脂，更为优选地，本实施例中，所述光学胶14为Mypolymers公司的MY-133-EA型号的光学胶及Luvantix公司的SPC-373-AP型号的光学胶。
需要说明的是，当更换变更不同材料或直径的所述微纳光纤13后，或者需要入射光的模式需要更改时，可以采用步骤4)中的方法得到新的所需光学胶14的折射率范围，然后选用新的折射率范围的所述光学胶14固化包覆于所述超导纳米线12及所述微纳光纤13的外围即可。
综上所述，本发明提供一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器包括：衬底；超导纳米线，位于所述衬底的表面；所述超导纳米线包括若干个平行间隔排布的直线部及位于相邻所述直线部之间以将各所述直线部依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部；其中，所述直线部的长度介于100μm～200μm；微纳光纤，位于所述衬底上，且横跨所述超导纳米线；光学胶，位于所述衬底上，且固化包覆于所述超导纳米线及所述微纳光纤的外围；所述光学胶具有预设折射率范围，以防止所述微纳光纤中的入射光泄露至所述光学胶及所述衬底。本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器将超导纳米线中的直线部的长度限定于100μm～200μm之间，可以实现对从可见光到近红外光较大范围波长的光均具有较高光吸收率，具有探测波长范围广、探测效率高及结构简单等优点；同时，本发明的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备工艺简单。
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 (11)

1.一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器包括：
衬底；
超导纳米线，位于所述衬底的表面；所述超导纳米线包括若干个平行间隔排布的直线部及位于相邻所述直线部之间以将各所述直线部依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部；其中，所述直线部的长度介于100μm～200μm；
微纳光纤，位于所述衬底上，且横跨所述超导纳米线；
光学胶，位于所述衬底上，且固化包覆于所述超导纳米线及所述微纳光纤的外围；所述光学胶具有预设折射率范围，以防止所述微纳光纤中的入射光泄露至所述光学胶及所述衬底。
2.根据权利要求1所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述衬底包括MgF2衬底。
3.根据权利要求1所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线自所述微纳光纤的一侧延伸至所述微纳光纤的另一侧。
4.根据权利要求1所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述超导纳米线的直线部与所述微纳光纤相平行。
5.根据权利要求1所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述微纳光纤的下表面与所述超导纳米线的上表面相接触。
6.根据权利要求1所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述微纳光纤经由单模光纤拉制而成；所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器还包括单模光纤及过渡光纤，其中，所述过渡光纤一端与所述单模光纤一端相连接，另一端与所述微纳光纤相连接；所述过渡光纤经由所述单模光纤拉制而成，所述过渡光纤的直径自所述单模光纤相连的一端向与所述微纳光纤相连接的一端逐渐减小。
7.根据权利要求1所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述光学胶材料的成分包括丙烯酸氟树脂。
8.根据权利要求1所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器，其特征在于：所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器还包括两电极，一所述电极经由一所述连接部与位于最外侧的一所述超导纳米线的自由端一端相连接，另一所述电极经由另一所述连接部与位于最外侧的另一所述超导纳米线的自由端相连接。
9.一种宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法，其特征在于，所述宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器制备方法包括如下步骤：
1)提供一衬底；
2)于所述衬底的表面形成超导纳米线；所述超导纳米线包括若干个平行间隔排布的直线部及位于相邻所述直线部之间以将各所述直线部依次首尾连接成曲折蜿蜒状的连接部；其中，所述直线部的长度介于100μm～200μm；
3)于所述衬底上形成微纳光纤，所述微纳光纤横跨所述超导纳米线；
4)依据所述微纳光纤的直径、所述微纳光纤的材料、所述衬底的材料及入射光的波长和模式得到所需光学胶的折射率范围；
5)于所述衬底上形成具有上述折射率范围的光学胶，所述光学胶固化包覆于所述超导纳米线及所述微纳光纤的外围。
10.根据权利要求9所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法，其特征在于：步骤2)与步骤3)之间还包括如下步骤：于所述衬底表面形成一对电极，一所述电极与所述超导纳米线的一端相连接，另一所述电极与所述超导纳米线的另一端相连接。
11.根据权利要求9所述的宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器的制备方法，其特征在于：步骤4)中，使用COMSOL Multiphysics仿真系统依据所述微纳光纤的直径、所述微纳光纤的材料、所述衬底的材料及入射光的模式得到所需光学胶的折射率范围。
CN201810288158.1A 2018-04-03 2018-04-03 宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法 Active CN110346040B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810288158.1A CN110346040B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810288158.1A CN110346040B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110346040A CN110346040A (zh) 2019-10-18
CN110346040B true CN110346040B (zh) 2021-06-18

Family

ID=68172435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810288158.1A Active CN110346040B (zh) 2018-04-03 2018-04-03 宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110346040B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI780579B (zh) * 2020-02-03 2022-10-11 美商應用材料股份有限公司 具有整合化氮化鋁晶種或波導層的超導奈米線單光子偵測器
TWI753759B (zh) 2020-02-03 2022-01-21 美商應用材料股份有限公司 具有整合化氮化鋁種晶或波導層的超導奈米線單光子偵測器
CN111707362A (zh) * 2020-05-12 2020-09-25 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 高速超导微米线单光子探测器及其制备方法
CN113204075B (zh) * 2021-04-29 2022-06-24 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 微纳光纤-波导-超导纳米线单光子探测器及制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104752534A (zh) * 2015-04-27 2015-07-01 南京大学 超导纳米线单光子探测器及其制备方法
CN107507883A (zh) * 2017-08-10 2017-12-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 晶须单光子探测器件

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9500519B2 (en) * 2012-12-03 2016-11-22 Yale University Superconducting single photon detector

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104752534A (zh) * 2015-04-27 2015-07-01 南京大学 超导纳米线单光子探测器及其制备方法
CN107507883A (zh) * 2017-08-10 2017-12-22 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 晶须单光子探测器件

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Broadband，Polarization-Insensitive superconducting single-photon detectors based on waveguide-integrated ultra-narrow nanowires;Xiaotian Zhu;《Opto-Eletronics and communications conference（OECC）》;20151231;第2节 *
基于微纳光纤的量子器件研究;徐颖鑫;《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20180315;第2.3.1.1节、第4章 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110346040A (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110346040B (zh) 宽谱微纳光纤耦合超导纳米线单光子探测器及其制备方法
Wu et al. Optical microfibers and nanofibers
CN103323910B (zh) 一种双包层光纤
Hameed et al. Modal analysis of a novel soft glass photonic crystal fiber with liquid crystal core
CN103091770B (zh) 一种光子晶体光纤偏振分束器件
CN108169919B (zh) 一种利用锥形光纤倏逝场的微结构锁模器件及其生产工艺
CN107843953B (zh) 一种高双折射大非线性光子晶体光纤
CN103645551A (zh) 一种微纳光纤组件及其制造方法
CN107315221B (zh) 一种两层结构的细径实芯保偏光子晶体光纤
Yuan et al. Humidity sensor based on micro optical fiber array fabricated by electrospinning
CN207780304U (zh) 高耦合率光波导模斑转换装置
CN103454720A (zh) 一种具有高双折射特性的光子晶体光纤
CN103698840B (zh) 一种多芯非线性光纤
CN106129141A (zh) 微纳光纤表面制备的超导纳米线单光子探测器
CN106840361B (zh) 一种工作稳定的回音壁模式谐振器
CN109143458B (zh) 一种在线可调谐双芯光纤偏振器
CN112747778A (zh) 基于热光效应的可调制型马赫曾德干涉仪
Bai et al. An ultrashort length and high extinction ratio polarization beam splitter based on dual-core PCF
CN113067572B (zh) 一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用
Samir et al. Stack-and-draw manufacture process of a seven-core optical fiber for fluorescence measurements
CN109254347A (zh) 一种渐变式光子晶体保偏光纤
CN103529510B (zh) 一种高双折射低损耗光子晶体光纤
CN104808285A (zh) 一种高双折射色散可调光子晶体光纤
CN100378477C (zh) 一种具有导电性能的光子晶体光纤及其制备方法
CN103613276B (zh) 一种高性能硫系玻璃微球的制备方法

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