高效、偏振不敏感超导纳米线单光子探测器*

张文英 胡鹏 肖游 李浩 尤立星

1)(中国科学院上海微系统与信息技术研究所,信息功能材料国家重点实验室,上海 200050)

2)(中国科学院超导电子学卓越创新中心,上海 200050)

3)(中国科学院大学,北京 100039)

4)(中国科学院空间主动光电技术重点实验室,上海 200050)

超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因其优异的综合性能被广泛应用于量子通信等众多领域,然而其独特的线性结构会导致SNSPD的探测效率对入射光的偏振态具有依赖性,从而限制了SNSPD 在非常规光纤链路或其他非相干光探测环境中的应用.本文基于传统的回形纳米线结构设计制备了一种新型偏振不敏感SNSPD,在纳米线周围引入一层高折射率Si 薄膜作为介质补偿层来提高纳米线对垂直偏振态入射光的吸收效率,并将补偿层的上表面设计为光栅结构以减小不同波长下纳米线对不同偏振态入射光的吸收差异从而实现在特定波长范围内的偏振不敏感.除此之外,还采用介质镜和双层纳米线结构来提高器件的光吸收效率,测试结果表明该器件在1605 nm 波长处最大探测效率为87%,对应的偏振消光比为1.06.该工作为未来实现高探测效率的偏振不敏感SNSPD 提供了参考依据.

1 引 言

超导纳米线单光子探测器(superconducting nanowire single photon detectors,SNSPD)是利用超薄极窄的超导纳米线条吸收光子后产生的非平衡态热电子效应进行单光子探测的新型光子探测器.自诞生以来,SNSPD 以其极高的探测效率(system detection efficiency,SDE)、低暗计数(dark count rate,DCR)、高计数率和低时间抖动而受到人们的广泛关注[1−3].经过了……