上海微系統(tǒng)所等研制出微納光纖耦合超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器

　　超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器（SNSPD：Superconducting nanowire single-photon detector）作為一種高性能的單光子探測(cè)器，已廣泛應(yīng)用于量子信息、激光雷達(dá)、深空通信等領(lǐng)域，有力推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的科技發(fā)展。

　　SNSPD器件主要有兩種光耦合方式，一種是垂直光耦合方式，光纖端面平行于SNSPD光敏面，光子垂直入射到納米線上，采用光學(xué)腔體或反射鏡結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效光耦合。利用該類耦合結(jié)構(gòu)，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所已實(shí)現(xiàn)NbN基SNSPD系統(tǒng)探測(cè)效率超過90%，相關(guān)結(jié)果發(fā)表后受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。該光耦合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，可以實(shí)現(xiàn)高光耦合效率，但受限于光耦合結(jié)構(gòu)，工作波長(zhǎng)范圍受限。另一種光耦合方式是波導(dǎo)光耦合方式，將納米線制備在光波導(dǎo)上，可實(shí)現(xiàn)高效的本征吸收。但光纖到波導(dǎo)的耦合效率較低，使這類器件僅能作為片上光子學(xué)的解決方案，無法作為獨(dú)立單光子探測(cè)器使用。

　　上海微系統(tǒng)所/中國科學(xué)院超導(dǎo)電子學(xué)卓越創(chuàng)新中心尤立星研究員團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)教授方偉、童利民團(tuán)隊(duì)合作，首次提出微納光纖耦合的SNSPD器件結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將SNSPD器件置于微納光纖的倏逝場(chǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)納米線對(duì)微納光纖中傳輸?shù)墓庾游?。光學(xué)計(jì)算顯示，該類結(jié)構(gòu)有望實(shí)現(xiàn)高吸收效率的同時(shí)，保持很好地寬譜特性。經(jīng)過上海微系統(tǒng)所巫博士君杰和浙江大學(xué)博士徐穎鑫等近3年實(shí)驗(yàn)探索，科研團(tuán)隊(duì)研制出微納光纖耦合SNSPD器件。在1550nm/1064nm工作波長(zhǎng)，系統(tǒng)探測(cè)效率分別達(dá)到20%/50%。相關(guān)成果近日發(fā)表在Optics Express上，該結(jié)果有望在新型SNSPD器件及微納光纖領(lǐng)域開辟新的研究方向。

　　研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高性能單光子探測(cè)技術(shù)”、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B）“超導(dǎo)電子器件應(yīng)用基礎(chǔ)研究”、自然科學(xué)基金以及上海市科委等的資助。

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微納光纖耦合超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器原理示意圖