JP2018004444A - Superconductive single photon detector module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超伝導単一光子検出器モジュールに関し、より詳細には、光導波路回路上に超伝導単一光子検出器を集積した超伝導単一光子検出器モジュールに関する。 The present invention relates to a superconducting single photon detector module, and more particularly to a superconducting single photon detector module in which a superconducting single photon detector is integrated on an optical waveguide circuit.
超伝導単一光子検出器(superconducting single-photon detector:SSPD)は、量子情報処理、量子暗号通信などに用いられる受光素子である。この素子の特長は、極めて低い暗計数率(低ノイズ)になる点に加えて、励起電子緩和時間が短いため、従来のInGaAsアバランシェフォトダイオードを上回る高速動作(GHzオーダー)が原理的に可能となる点である。最も有望な構造は、細線光導波路結合型SSPDである。細線光導波路結合型SSPDは、強い光閉じ込めを有する光導波路上に超伝導膜ナノワイヤを装荷することで極めて小型素子が実現可能となる。これにより、インダクタンスの小さな素子構造となり、高速動作が可能となる。また、細線光導波路型SSPDは、光導波路回路との一体集積が可能となる点も特長となる。 A superconducting single-photon detector (SSPD) is a light receiving element used for quantum information processing, quantum cryptography communication, and the like. In addition to the extremely low dark count rate (low noise), this device features a short excitation electron relaxation time, which makes it possible in principle to operate at a higher speed (on the order of GHz) than conventional InGaAs avalanche photodiodes. It is a point. The most promising structure is a thin-line optical waveguide coupling type SSPD. The thin-wire optical waveguide coupling type SSPD can realize a very small element by loading a superconducting film nanowire on an optical waveguide having strong optical confinement. As a result, an element structure with a small inductance is achieved, and high-speed operation is possible. The thin-line optical waveguide type SSPD is also characterized in that it can be integrated with an optical waveguide circuit.
図1は、細線光導波路結合型SSPDの概略構成図である。図1に示す細線光導波路結合型SSPD100は、半導体基板102の上に形成されたアンダークラッド104と、該アンダークラッド104の上にそれぞれ形成された、細線光導波路106、細線光導波路106の上に装荷された超伝導膜ナノワイヤ108、および超伝導膜ナノワイヤ108と接続された電極110とを備えた、極めて小型素子である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a thin optical waveguide coupled SSPD. A fine-line optical waveguide
しかしながら、細線光導波路型SSPDの実現には検出効率の向上とノイズ低減が課題である。 However, improvement of detection efficiency and noise reduction are problems in realizing a thin-line optical waveguide type SSPD.
SSPDの検出効率は、主に光ファイバと細線光導波路との間における光の結合損失により制限される。従来、光ファイバと細線光導波路との間の接続にグレーティングカプラを用いる例がある(例えば、非特許文献1参照)。しかし、光ファイバと細線光導波路との間の接続にグレーティングカプラを用いた場合、結合効率の波長依存が大きく、損失も大きい。 The detection efficiency of SSPD is limited mainly by the coupling loss of light between the optical fiber and the thin optical waveguide. Conventionally, there is an example in which a grating coupler is used for connection between an optical fiber and a thin optical waveguide (see, for example, Non-Patent Document 1). However, when a grating coupler is used for the connection between the optical fiber and the thin optical waveguide, the wavelength dependence of the coupling efficiency is large and the loss is also large.
また、SSPDにおける暗計数の主要因は、冷凍器外の室温環境下からSSPDに入射される黒体輻射のエネルギーである。このノイズ成分を除去するためのバンドパスフィルタとSSPDを組み合わせる方法がある。しかしながら、個別の部品を組み合わせた場合は、装置が大型化してしまう。 The main factor of dark count in SSPD is the energy of black body radiation incident on SSPD from a room temperature environment outside the freezer. There is a method of combining a band pass filter and SSPD for removing this noise component. However, when individual components are combined, the apparatus becomes large.
そこで、細線光導波路型SSPDの特徴である光導波路回路との一体集積が可能となる特長を活かしてフィルタとSSPDをチップ上にモノリシック集積することで装置の小型化、低コスト化が可能となる。 Therefore, the filter and SSPD are monolithically integrated on the chip by taking advantage of the feature that can be integrated with the optical waveguide circuit, which is a feature of the thin-line optical waveguide type SSPD, and the device can be reduced in size and cost. .
他方、フィルタとSSPDをチップ上にモノリシック集積することについては、次の課題がある。 On the other hand, there is the following problem about monolithically integrating the filter and the SSPD on the chip.
細線光導波路の実効屈折率は、加工誤差に極めて敏感である。そのため、光の伝搬方向の断面が正方形のコアである細線光導波路を設計したとしても、加工時のわずかな形状誤差で実効屈折率には大きな偏波依存が生じてしまう。 The effective refractive index of the thin optical waveguide is extremely sensitive to processing errors. Therefore, even if a thin optical waveguide having a square core with a cross section in the light propagation direction is designed, a large polarization dependence occurs in the effective refractive index due to a slight shape error during processing.
チップ上で黒体輻射をカットするための偏波無依存バンドパスフィルタは、細線光導波路などを用いることでモノリシック集積が実現できるが、偏波依存対策のために偏波ダイバーシティ回路が必要となる(例えば、非特許文献2参照)。したがって、偏波スプリッタや偏波ローテータなどの素子による過剰損失が不可避となり、結果的に検出効率を損なうことになる。 A polarization-independent bandpass filter for cutting blackbody radiation on a chip can be monolithically integrated by using a thin optical waveguide, etc., but a polarization diversity circuit is required to prevent polarization dependence (For example, refer nonpatent literature 2). Therefore, excessive loss due to elements such as a polarization splitter and a polarization rotator is unavoidable, and as a result, detection efficiency is impaired.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光ファイバから入射するフォトンを低損失でシリコン(Si)細線光導波路に入力することを可能とする超伝導単一光子検出器モジュールを提供することにある。さらに、偏波無依存フィルタのモノリシック集積が容易な超伝導単一光子検出器モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to make it possible to input photons incident from an optical fiber into a silicon (Si) thin-wire optical waveguide with low loss. It is to provide a single photon detector module. It is another object of the present invention to provide a superconducting single-photon detector module that facilitates monolithic integration of polarization-independent filters.
このような目的を達成するために、本発明の一態様は、超伝導単一光子検出器モジュールである。超伝導単一光子検出器モジュールは、半導体基板に形成されたアンダークラッドの上に隣接して集積された超伝導単一光子検出器及び石英系コア光導波路を備える。超伝導単一光子検出器は、アンダークラッドの上に形成されたシリコン細線光導波路と、上記アンダークラッドの上に形成されたテーパ形状のスポットサイズ変換器であり、断面が大きい方の端でシリコン細線光導波路と接続された、スポットサイズ変換器と、シリコン細線光導波路の上に形成された超伝導体ナノワイヤと、から構成される。石英系コア光導波路は、入射端において光ファイバと端面接続され、上記スポットサイズ変換器と接し、該スポットサイズ変換器を介して上記シリコン細線光導波路に接続されていることを特徴とする。 In order to achieve such an object, one aspect of the present invention is a superconducting single photon detector module. The superconducting single photon detector module includes a superconducting single photon detector and a silica-based core optical waveguide that are integrated adjacently on an underclad formed in a semiconductor substrate. The superconducting single-photon detector is a silicon wire optical waveguide formed on the underclad and a tapered spot size converter formed on the underclad. It comprises a spot size converter connected to the fine wire optical waveguide and a superconductor nanowire formed on the silicon fine wire optical waveguide. The quartz-based core optical waveguide is connected to the optical fiber at the incident end, is in contact with the spot size converter, and is connected to the silicon fine wire optical waveguide through the spot size converter.
以上説明したように、本発明によれば、光ファイバからの入射フォトンを低損失でシリコン細線光導波路に入力することを可能とする超伝導単一光子検出器モジュールを提供することが可能となる。さらに、偏波無依存フィルタのモノリシック集積が容易な超伝導単一光子検出器モジュールを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a superconducting single-photon detector module that allows incident photons from an optical fiber to be input to a silicon fine wire optical waveguide with low loss. . Furthermore, it is possible to provide a superconducting single photon detector module that facilitates monolithic integration of polarization independent filters.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。図面中の同一または類似の符号は、同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or similar reference numerals in the drawings indicate the same or similar elements, and repeated description is omitted.
本実施形態の超伝導単一光子検出器モジュールは、高熱伝導率材料に実装され光ファイバと端面結合された細線光導波路結合型SSPDを有する。 The superconducting single photon detector module of the present embodiment has a thin optical waveguide coupled type SSPD mounted on a high thermal conductivity material and end face coupled with an optical fiber.
図2(a)は、細線光導波路結合型SSPDの概略構成を示す図である。細線光導波路結合型SSPD200は、半導体基板102の上に形成されたアンダークラッド104と、該アンダークラッド104の上にそれぞれ形成された、シリコン(Si)細線光導波路106、Si細線光導波路106の上に装荷された超伝導体ナノワイヤ108、超伝導膜ナノワイヤ108と接続された電極110、入力光が伝搬する光ファイバ(不図示)と端面接続される石英系コア光導波路204、及び石英系コア光導波路204へ入射した入力光のモードフィールド径を変換してシリコン細線光導波路106に結合するシリコンスポットサイズ変換器202とを備える。 FIG. 2A is a diagram showing a schematic configuration of a thin-line optical waveguide coupling type SSPD. The thin-wire optical waveguide coupling type SSPD 200 includes an underclad 104 formed on the semiconductor substrate 102, and a silicon (Si) thin-wire optical waveguide 106 and a Si thin-line optical waveguide 106 formed on the underclad 104, respectively. A superconductor nanowire 108 loaded on the electrode, an electrode 110 connected to the superconducting film nanowire 108, a silica-based core optical waveguide 204 end-connected to an optical fiber (not shown) through which input light propagates, and a silica-based core light A silicon spot size converter 202 that converts the mode field diameter of the input light incident on the waveguide 204 and couples it to the silicon thin-wire optical waveguide 106 is provided.
石英系コア光導波路204はSiより低い屈折率のコアを有する導波路である。石英系コア光導波路は、光ファイバと端面接続され、光ファイバとシリコン細線光導波路106との間の光結合における低損失、広帯域が可能となる。 The quartz-based core optical waveguide 204 is a waveguide having a core having a refractive index lower than that of Si. The quartz-based core optical waveguide is connected to an optical fiber at its end face, and low loss and a wide band in optical coupling between the optical fiber and the silicon fine wire optical waveguide 106 are possible.
シリコンスポットサイズ変換器202は、幅(x方向)が、光の伝搬方向(y方向)に先端からシリコン細線光導波路106へ向かって拡大し、シリコン細線光導波路106との接続位置でシリコン細線光導波路106の幅と等しくなるテーパ形状(光の伝搬方向(y方向)に対する逆テーパ形状)を有する。 The silicon spot size converter 202 has a width (x direction) that expands from the tip toward the silicon fine wire optical waveguide 106 in the light propagation direction (y direction), and the silicon fine wire light guide is connected to the silicon fine wire optical waveguide 106. The taper shape is equal to the width of the waveguide 106 (reverse taper shape with respect to the light propagation direction (y direction)).
石英系コア光導波路204は、シリコンスポットサイズ変換器202を埋め込むように形成され、光ファイバから入射し石英系コア光導波路204を伝搬した入力光は、シリコンスポットサイズ変換器202に結合する。シリコンスポットサイズ変換器202に入射した入力光は、モードフィールド径が変換され、シリコン細線光導波路106に結合される。このようにして、入射フォトンは、光ファイバからシリコン細線光導波路106へと低損失に結合される。 The silica-based core optical waveguide 204 is formed so as to embed the silicon spot size converter 202, and input light that has entered from the optical fiber and propagated through the silica-based core optical waveguide 204 is coupled to the silicon spot size converter 202. The input light incident on the silicon spot size converter 202 has a mode field diameter converted and is coupled to the silicon fine wire optical waveguide 106. In this way, incident photons are coupled with low loss from the optical fiber to the silicon wire optical waveguide 106.
また、石英系コア光導波路204のモードフィールド径は、光ファイバのモードフィールド径(コア径)と同じであるため、石英系コア光導波路204の加工誤差に起因する実効屈折率の偏波依存性は極めて小さい。そのため、石英系コア光導波路204として、断面が正方形の、偏波依存が小さいコアを容易に作成することができるため、偏波ダイバーシティ回路を用いることなく、偏波無依存のバンドパスフィルタを作成することが可能となる。 In addition, since the mode field diameter of the silica-based core optical waveguide 204 is the same as the mode field diameter (core diameter) of the optical fiber, the polarization dependence of the effective refractive index due to the processing error of the silica-based core optical waveguide 204. Is extremely small. Therefore, a core with a square cross-section and a small polarization dependence can be easily created as the silica-based core optical waveguide 204, so a polarization-independent bandpass filter can be created without using a polarization diversity circuit. It becomes possible to do.
石英系コア光導波路204としての低屈折率導波路は、例えば、一般的なCMOSバックエンドプロセスで用いられている、低温のプラズマCVDプロセスにより、シリコン(Si)、酸素、窒素の原子組成比、シリコン(Si)、酸素の原子組成比、またはシリコン(Si)、窒素の原子組成比を調整できる、すなわち屈折率を調整できる誘電体膜とすることができる。低温のプラズマCVDプロセスで誘電体膜を形成することで、極めて薄い(厚さが数なのメートル程度の)超伝導膜(超伝導ナノワイヤ)に対する熱ダメージや酸化を防止することができる。SSPDの量子効率は、超伝導ナノワイヤの酸化や欠損に影響されるため、上述した材料を用いて低温プロセスで石英系コア光導波路204としての誘電体膜を形成することが好ましい。 The low refractive index waveguide as the quartz-based core optical waveguide 204 is obtained by, for example, a low temperature plasma CVD process used in a general CMOS back-end process, and an atomic composition ratio of silicon (Si), oxygen, and nitrogen, A dielectric film in which the atomic composition ratio of silicon (Si) and oxygen, or the atomic composition ratio of silicon (Si) and nitrogen can be adjusted, that is, the refractive index can be adjusted. By forming the dielectric film by a low-temperature plasma CVD process, it is possible to prevent thermal damage and oxidation to a very thin superconducting film (superconducting nanowire) having a thickness of several meters. Since the quantum efficiency of SSPD is affected by oxidation and defects of superconducting nanowires, it is preferable to form a dielectric film as the silica-based core optical waveguide 204 using the above-described material by a low temperature process.
半導体基板102のシリコン細線光導波路106の上には超伝導体108が形成されているため、冷却ステージとチップとの間に高い熱伝導性が求められる。そのため、チップは無酸素銅など高熱伝導率材料のパッケージ上に実装されなければならない。また、光ファイバは、チップと端面結合されるため、チップ近傍で極めて低い温度となる。そのため、極低温においても入力光が低損失で導波可能な高NA光ファイバが望ましい。具体的にはモードフィールド径が10μmより小さいシングルモードファイバである。この場合、低屈折率導波路204は高NA光ファイバのモードフィールド径とマッチングするように設計される。 Since the superconductor 108 is formed on the silicon fine wire optical waveguide 106 of the semiconductor substrate 102, high thermal conductivity is required between the cooling stage and the chip. Therefore, the chip must be mounted on a package of high thermal conductivity material such as oxygen-free copper. Also, since the optical fiber is end-face coupled to the chip, the temperature is extremely low near the chip. Therefore, a high NA optical fiber that can guide input light with low loss even at extremely low temperatures is desirable. Specifically, it is a single mode fiber having a mode field diameter of less than 10 μm. In this case, the low index waveguide 204 is designed to match the mode field diameter of the high NA optical fiber.
(実施例)
以下で実施例を示す。チップは、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いて作製される。チップ上には、Si細線光導波路106、テーパ―型スポットサイズ変換器(SSC)202、石英系コア光導波路(SiOx導波路)(3μm角(コア幅3μm、コア厚3μm))204が集積されており、Si細線光導波路106とSiOx導波路204は、SSC202によって接続されている。SOI基板上に、Si細線光導波路106、テーパ―型スポットサイズ変換器(SSC)202を形成した後に、Si細線光導波路106の上に超伝導を成膜し、超伝導ナノワイヤ108にパターン形成し、その後、石英系コア光導波路(SiOx導波路)204を選択成長させることでチップを作製することができる。
(Example)
Examples are given below. The chip is manufactured using an SOI (Silicon on Insulator) substrate. On the chip, an Si thin-line optical waveguide 106, a tapered spot size converter (SSC) 202, and a silica-based core optical waveguide (SiOx waveguide) (3 μm square (
Si細線光導波路106は、コア幅400nm(x方向)、コア厚220nm(z方向)であり、SSC202のテーパ先端のコア幅(x方向)は80nmである。SiOx導波路(SiOx膜)204はSiリッチの石英系膜であり、200℃程度の温度で形成される。超伝導ナノワイヤ108は厚さ7nm(z方向)、細線幅60nm、長さ50μmのNbN(窒化ニオブ)膜であり、Si細線光導波路106の上で1回折り返すパターンとなっている。電極110はNbN/Ti/Cr/Auで構成されている。また、上記全ての素子は石英のオーバークラッド膜(不図示)で覆われている。 The Si thin-line optical waveguide 106 has a core width of 400 nm (x direction) and a core thickness of 220 nm (z direction), and the core width (x direction) of the tapered tip of the SSC 202 is 80 nm. The SiOx waveguide (SiOx film) 204 is a Si-rich quartz-based film and is formed at a temperature of about 200 ° C. The superconducting nanowire 108 is an NbN (niobium nitride) film having a thickness of 7 nm (z direction), a thin line width of 60 nm, and a length of 50 μm, and has a pattern that is folded once on the Si thin line optical waveguide 106. The electrode 110 is made of NbN / Ti / Cr / Au. All the above elements are covered with a quartz overclad film (not shown).
3μm角のSiOx導波路204の屈折率は、モードフィールド径4.3μmの高NA光ファイバとモードマッチングするように設計されている。高NA光ファイバは、樹脂によりSiOx導波路204の端面(チップ端面)で接続される。 The refractive index of the 3 μm square SiOx waveguide 204 is designed to be mode-matched with a high NA optical fiber having a mode field diameter of 4.3 μm. The high NA optical fiber is connected at the end face (chip end face) of the SiOx waveguide 204 with resin.
図2(b)は、高熱伝導率材料に実装され細線光導波路結合型SSPDを有する超伝導単一光子検出器モジュールを示す図である。細線光導波路結合型SSPDを集積したチップ200は、高い熱伝導率を有する無酸素銅を材料とするパッケージ302に実装(固定)され、同パッケージの電気信号端子(SMAコネクタ)304とチップ200上の電極110が電気的に接続される。光ファイバは、V溝を形成した光ファイバ支持材308(ガラス材)により指示され、細線光導波路結合型SSPD200の端面(SiOx導波路204の端面)に結合されている。パッケージ302は、熱伝導率が高ければ無酸素銅に限らずどのような金属材料を用いても良い。細線光導波路結合型SSPD200は、金属材料により封止されていても、封止されていなくてもよい。
FIG. 2 (b) is a diagram showing a superconducting single photon detector module mounted on a high thermal conductivity material and having a thin-wire optical waveguide coupled SSPD. The
このSiOx導波路204は、Si細線光導波路106に比べてコア径が約10倍程度であり、加工誤差に起因する実効屈折率変化は極めて小さい。 The SiOx waveguide 204 has a core diameter of about 10 times that of the Si thin-line optical waveguide 106, and the change in effective refractive index due to processing errors is extremely small.
表1に、Si細線光導波路106、3μm角コアのSiOx導波路240の1nm当りのコア幅ばらつきに起因する実効屈折率変化の計算結果を示す。 Table 1 shows the calculation result of the change in effective refractive index due to the core width variation per 1 nm of the SiOx waveguide 240 having a 3 μm square core of the Si fine-wire optical waveguide 106.
SiOx導波路240のコアにおける1nmのコア幅加工誤差に対する実効屈折率の変化は、Si細線光導波路106のものに比べて2桁近く小さい。そのため、Si細線光導波路106のコアではわずかな形状誤差でも顕著な偏波依存になるが、SiOx導波路204のコアにおけるコアの加工誤差による偏波依存は無視できるほどに小さくなる。これにより、偏波ダイバーシティ回路などを用いることなく、SiOx導波路204で偏波無依存バンドパスフィルタなどを形成することが出来る。偏波無依存バンドパスフィルタは、例えばAWGペア(例えば、非特許文献3参照)などを用いれば形成できることが知られているが、これに限るものではない。例えば、SiOx導波路204に、曲げ導波路の構造を入れることにより、長波長域のノイズ光は伝搬しなくなるため、暗計数率を下げることが出来る。閉じ込めが弱くなるように導波路サイズを調整されたSiOxであれば、曲率半径によりフィルタの機能を実現できる。このような曲げ導波路はプロセス工程を追加せずに簡便に実現することが出来る。 The change in the effective refractive index with respect to the core width processing error of 1 nm in the core of the SiOx waveguide 240 is nearly two orders of magnitude smaller than that in the Si thin-line optical waveguide 106. Therefore, although the core of the Si thin-line optical waveguide 106 has a significant polarization dependency even with a slight shape error, the polarization dependency due to the processing error of the core in the core of the SiOx waveguide 204 becomes so small that it can be ignored. As a result, a polarization-independent bandpass filter or the like can be formed with the SiOx waveguide 204 without using a polarization diversity circuit or the like. It is known that a polarization-independent bandpass filter can be formed by using, for example, an AWG pair (see, for example, Non-Patent Document 3), but is not limited thereto. For example, by introducing a bent waveguide structure into the SiOx waveguide 204, noise light in the long wavelength region does not propagate, and the dark count rate can be lowered. If the waveguide size is adjusted so that confinement is weak, the function of the filter can be realized by the radius of curvature. Such a bending waveguide can be easily realized without adding a process step.
本構成におけるファイバ結合効率の実験値を図3に示す。クライオスタット内にパッケージ302を設置して格子検出実験を行う前と後の室温における、高NA光ファイバ306と細線光導波路結合型SSPD200の端面結合効率の実験値は、1.9dB/facetであった。この値は、光ファイバ306とSiOx導波路204と間の実装用樹脂、SSC202の損失なども含む。この値は、クライオスタット内の極低温環境下においてもほぼ変化しないことが確認されている。
The experimental value of the fiber coupling efficiency in this configuration is shown in FIG. The experimental value of the end face coupling efficiency of the high NA
図4に作製したSSPDモジュール300における量子効率とバイアス電流の関係を示す図。細線光導波路結合型SSPDを集積したチップ200における量子効率は、SSPDモジュール300全体の検出効率から光ファイバとの結合損失やSi導波路204の損失などを差し引いたチップ200上のSSPDの正味の量子効率である。実験結果より、バイアス電流が7.6μA以上で、SSPDの量子効率は実験値で90%以上であり、SiOx導波路204と超伝導体(超伝導ナノワイヤ)108が一体集積される構造では超伝導膜の酸化や欠陥が極めて少なく、超伝導素子の特性劣はほとんどないことが確認できる。また、無酸素銅を用いたパッケージ上で超伝導性が発現しており、冷却ステージとチップの間に良好な熱伝導性が確保されていることが分かる。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between quantum efficiency and bias current in the
100,200 細線光導波路結合型SSPD
102 半導体基板
104 アンダークラッド
106 細線光導波路
108 超伝導膜ナノワイヤ
110 電極
202 スポット細部変換器
204 低屈折率導波路
300 超伝導単一光子検出器モジュール
302 パッケージ
304 コネクタ
306 光ファイバ
308 光ファイバ支持材
100,200 Fine line optical waveguide coupled SSPD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 102 Semiconductor substrate 104 Under clad 106 Fine-line optical waveguide 108 Superconducting film nanowire 110 Electrode 202 Spot detail converter 204 Low
Claims (7)
半導体基板に形成されたアンダークラッドの上に隣接して集積された超伝導単一光子検出器及び石英系コア光導波路を備え、
前記超伝導単一光子検出器は、
前記アンダークラッドの上に形成されたシリコン細線光導波路と、
前記アンダークラッドの上に形成されたテーパ形状のスポットサイズ変換器であり、断面が大きい方の端で前記シリコン細線光導波路と接続された、スポットサイズ変換器と、
前記シリコン細線光導波路の上に形成された超伝導体ナノワイヤと、
から構成され、
前記石英系コア光導波路は、
入射端において光ファイバと端面接続され、
前記スポットサイズ変換器と接し、前記スポットサイズ変換器を介して前記シリコン細線光導波路に接続されている、
ことを特徴とする超伝導単一光子検出器モジュール。 A superconducting single photon detector module comprising:
A superconducting single photon detector and a quartz-based core optical waveguide integrated adjacently on an underclad formed in a semiconductor substrate;
The superconducting single photon detector is
A silicon fine wire optical waveguide formed on the under cladding;
A taper-shaped spot size converter formed on the underclad, the spot size converter connected to the silicon thin-wire optical waveguide at the end of the larger cross section,
A superconductor nanowire formed on the silicon wire optical waveguide;
Consisting of
The silica-based core optical waveguide is
End face connection with optical fiber at the incident end,
In contact with the spot size converter, connected to the silicon fine wire optical waveguide through the spot size converter,
A superconducting single photon detector module.
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