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SNSPD的物理模型与研究进展 被引量:2
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作者 尹合钰 成日盛 +5 位作者 徐正 蔡涵 蒋振南 李铁夫 刘建设 陈炜 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2013年第11期683-694,共12页
基于超导原理的超导纳米线单光子探测器(superconducting nanowire single photon detector,SNSPD)以其在高量子效率、高计数率、低暗计数和低时间抖动等方面的优势引起广泛的研究。综述了SNSPD的物理模型和研究进展。首先从第一次在实... 基于超导原理的超导纳米线单光子探测器(superconducting nanowire single photon detector,SNSPD)以其在高量子效率、高计数率、低暗计数和低时间抖动等方面的优势引起广泛的研究。综述了SNSPD的物理模型和研究进展。首先从第一次在实验上发现超导铅薄膜的电热效应出发讲述了SNSPD的起源。然后从SNSPD进行单光子探测的物理过程出发详细分析了SNSPD的单光子探测机制,并分别根据电热模型和唯象模型对探测机制进行了详细的物理解释。紧接着,详细阐述了量子效率分析模型,指出SNSPD的系统量子效率由本征量子效率、耦合效率和光吸收效率三部分组成。最后,从如何提高入射光子与SNSPD的耦合效率、如何提高光子吸收效率、如何提高SNSPD本征量子效率、研究基于新型材料的SNSPD、如何实现光子数分辨和对光子偏振态不敏感的SNSPD、以及研究SNSPD的噪声机制以减小暗计数和时间抖动等方面详细列举了目前各小组研究SNSPD所取得的最新进展。 展开更多
关键词 超导纳米线单光子探测器(snspd) 电热模型 唯象模型 量子效率 分辨光子数 暗计数 时间抖动
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Optimization of high-quality YBa_(2)Cu_(3)O_(7)-δsuperconducting nanowire fabrication by post-thermal annealing
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作者 Zheng-Yang Luo Hui-Qin Ma +9 位作者 Yang Wang Zong-Pei Li Ming-Xin Shao Chun-Yang Wu Han-Bin Wang Yu-Qing Liu Peng Li Chao Yang Jian-Wen Huang Jie Xiong 《Rare Metals》 2025年第2期1195-1203,共9页
The fabrication of high-quality YBa_(2)Cu_(3)O_(7)−δ(YBCO)nanowires has garnered significant attention in the field of high-temperature superconductivity due to their potential applications in quantum communication,d... The fabrication of high-quality YBa_(2)Cu_(3)O_(7)−δ(YBCO)nanowires has garnered significant attention in the field of high-temperature superconductivity due to their potential applications in quantum communication,deep space exploration,and various other fields.Cl_(2)-assisted reactive ion etching(RIE)stands out as a more effective and efficient method for patterning scalable thin films.However,neither RIE nor high-density RIE has achieved superconducting YBCO nanowires with a width smaller than 3μm.Here,we delve into the factors that limit the line width of Cl_(2)-assisted inductively coupled plasma reactive ion etching(ICP-RIE)processing and the method to elimiate them.Our approach involves utilizing Cl_(2)/Ar as etching gas and incorporating a specialized vacuum heating process after etching.Our experimental results demonstrate the successful realization of 10 nm-thick YBCO nanowires with widths as small as 0.15μm,exhibiting excellent performance in terms of their intrinsic superconducting properties.The mechanism is evidenced by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)analysis in comparison of nanowires with and without heating treatment,in which the residual Cl_(2) on the sidewall of nanowires evaporates and oxidizes Cu^(+)back into Cu^(2+)in an unetched state. 展开更多
关键词 ICP-RIE Vacuum heating treatment YBCO nanowire Critical current Superconducting properties Superconductor nanowire single photon detector(snspd)
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基于GM制冷机的自由空间耦合条带单光子探测系统(特邀)
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作者 琚志平 覃俭 +10 位作者 马若岩 蒋燕阳 王敏杰 叶大鹏 徐光照 邢俊杰 肖游 李浩 史经浩 尤立星 吕超林 《光通信研究》 北大核心 2025年第3期19-24,共6页
【目的】文章旨在设计并实现一种基于Gifford-McMahon(GM)制冷机的自由空间耦合超导条带单光子探测(SNSPD)系统,以解决传统光纤耦合方式系统在近/中红外波段和偏振敏感等应用中的局限性,进一步拓展SNSPD的应用场景。【方法】文章重点解... 【目的】文章旨在设计并实现一种基于Gifford-McMahon(GM)制冷机的自由空间耦合超导条带单光子探测(SNSPD)系统,以解决传统光纤耦合方式系统在近/中红外波段和偏振敏感等应用中的局限性,进一步拓展SNSPD的应用场景。【方法】文章重点解决了低振动恒温腔设计、高温区SNSPD器件制备和跨温区滤波光路设计等关键技术问题。其中,低振动恒温器结合气体交换腔和波纹管软连接技术,有效抑制了制冷机的振动传导;SNSPD芯片通过调整优化无序氮化钛铌(NbTiN)薄膜的生长参数,实现了4.2 K温区的高探测效率;跨温区滤波光路采用多种商用滤波片组合和封装盒氧化发黑处理等手段成功抑制了环境杂散光和黑体辐射。【结果】低振动制冷机的最低温可达3.45 K,并可长期稳定在3.75 K,竖直方向的振动幅度峰峰值小于4μm,光学对准效率接近90%;系统探测效率(SDE)在最低温时可达50%,系统暗计数率(DCR)为70 cps。【结论】文章所提系统解决了传统光纤耦合方式系统在特定应用场景中的技术瓶颈,其具备优异的波长普适性、灵活的信号光耦合调谐能力以及出色的偏振保持特性。未来通过优化系统工作温度、器件制备工艺和定制滤波片加工,有望实现更高的SDE和更低的DCR。 展开更多
关键词 自由空间耦合 超导条带单光子探测器 低振动 Gifford-McMahon制冷机
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2015年上海天文台卫星激光测距观测报告 被引量:1
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作者 邓华荣 吴志波 +4 位作者 汤凯 张海峰 秦思 李朴 程志恩 《中国科学院上海天文台年刊》 2016年第1期21-32,共12页
介绍了2015年上海天文台卫星激光测距系统的常规观测、系统升级改造及科研实验情况。激光观测数据质量已成为国际激光测距台站关注的重要问题。2015年度对上海天文台激光测距系统的接收系统、控制系统和地靶校准系统等进行了改进,使观... 介绍了2015年上海天文台卫星激光测距系统的常规观测、系统升级改造及科研实验情况。激光观测数据质量已成为国际激光测距台站关注的重要问题。2015年度对上海天文台激光测距系统的接收系统、控制系统和地靶校准系统等进行了改进,使观测数据质量明显提高,数据稳定性达到国际标准;为提升激光测距能力,开展了效率更高、噪声极低的超导纳米线单光子探测器(superconducting nanowire single photon detector,SNSPDl测距技术研究,在国际上首次采用SNSPD技术成功实现最远20000km卫星测量试验,为实现远距离、小尺寸空间目标的激光测距突破提供了途径:针对白天激光测距望远镜精确指向的关键问题,研究了恒星与大气散射光谱曲线的峰值差异性,并应用短波截止滤光技术,实现了对星等小于3mag的恒星的白天监视,使望远镜白天指向误差均方根优于10”。该研究成果己应用于本站白天卫星激光测距,尤其是高轨卫星激光测距,并起到了重要作用。 展开更多
关键词 卫星激光测距 系统改造 超导纳米线单光子探测器 白天恒星观测 观测报告
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超导纳米线单光子探测器的光耦合结构 被引量:4
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作者 刘登宽 陈思井 +2 位作者 尤立星 何宇昊 张玲 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1496-1502,共7页
为了提高超导纳米线单光子探测系统(SNSPD)的探测效率,搭建了超导纳米线单光子探测系统,研究了该系统的光耦合结构及该结构随温度降低而发生的变化。首先,测量了SNSPD在不同电流下的量子效率,确定了器件的性能。然后,提出了两种不同的... 为了提高超导纳米线单光子探测系统(SNSPD)的探测效率,搭建了超导纳米线单光子探测系统,研究了该系统的光耦合结构及该结构随温度降低而发生的变化。首先,测量了SNSPD在不同电流下的量子效率,确定了器件的性能。然后,提出了两种不同的光纤直接对准的器件封装方法,这些方法可以在室温下自主控制光纤端面与器件表面的距离(gap)。考虑封装材料的热胀冷缩,gap在温度变化时有很明显的变化,研究了温度变化对gap的影响。最后,提出通过改变入射光的波长来观察器件表面反射光光强的周期性波动,从而精确测量不同温度下gap的大小。实验结果表明,对于两种不同的光耦合结构,gap在温度降低270K以后分别减小了4.1μm和17μm。理论计算和实验数据基本吻合,可为未来器件封装和新型封装结构的设计提供参考依据。 展开更多
关键词 超导单光子探测 量子效率 光耦合 降温形变
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具有光学结构的超导纳米线吸收效率的仿真 被引量:1
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作者 蒋振南 徐正 +3 位作者 张立群 刘建设 李铁夫 陈炜 《低温与超导》 CAS 北大核心 2014年第11期33-35,共3页
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的系统探测效率由纳米线与光子的耦合效率、纳米线的吸收效率以及纳米线吸收光子后能产生电压脉冲的本征量子效率决定。设计了一种带有防反射层、谐振腔、布拉格反射镜等结构的SNSPD。利用COMSOL软件的射... 超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的系统探测效率由纳米线与光子的耦合效率、纳米线的吸收效率以及纳米线吸收光子后能产生电压脉冲的本征量子效率决定。设计了一种带有防反射层、谐振腔、布拉格反射镜等结构的SNSPD。利用COMSOL软件的射频模块对这种新型结构的SNSPD进行了仿真,结果表明具有光学结构的SNSPD将有助于提高系统探测效率。 展开更多
关键词 超导纳米线单光子探测器 光学结构 吸收率
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超导NbN纳米线电热仿真及时间抖动分析 被引量:1
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作者 龙林鑫 田侑成 +2 位作者 郭江华 聂矗 张恒彬 《低温与超导》 CAS 北大核心 2020年第9期32-35,41,共5页
通过建立电热模型,仿真分析了光子响应后纳米线上的热扩散过程和电信号产生过程,并研究分析了动态电感和外电路电阻对输出电压脉冲的影响。在此基础上,采用蒙托卡罗方法进一步分析了纳米线空间不均匀性所引起的时间抖动,约为6.4785 ps。
关键词 超导纳米单光子探测器 电热模型 蒙特卡洛 时间抖动
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超导纳米线单光子探测器读出电路研究进展 被引量:3
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作者 孙伟 贾小氢 +5 位作者 涂学凑 赵清源 张蜡宝 康琳 陈健 吴培亨 《低温与超导》 CAS 北大核心 2022年第6期7-15,共9页
读出电路既是超导纳米线单光子探测器的重要支撑技术,也是扩展其应用场景的关键。概述了常温和低温读出电路的研究进展,简述了其基本结构与工作原理,并从扩展性、热负载、集成度等角度对比分析了各方案的优缺点。结果表明,低温读出电路... 读出电路既是超导纳米线单光子探测器的重要支撑技术,也是扩展其应用场景的关键。概述了常温和低温读出电路的研究进展,简述了其基本结构与工作原理,并从扩展性、热负载、集成度等角度对比分析了各方案的优缺点。结果表明,低温读出电路将是后续研究的重点。 展开更多
关键词 超导纳米线单光子探测器 读出电路 常温读出 低温读出
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超导纳米线单光子探测系统数字化监控平台研究
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作者 汪旭 尤立星 +2 位作者 成明 蒋燕阳 王永良 《信息技术与网络安全》 2019年第6期69-75,共7页
超导纳米线单光子探测是新型光电探测技术,因具有高探测效率、低时间抖动、低暗计数等优良特性被广泛应用到量子信息技术等领域。系统包括电子学模块、制冷模块、探测器和真空模块。通过搭建硬件集成系统和使用软件开发技术,研发出基于... 超导纳米线单光子探测是新型光电探测技术,因具有高探测效率、低时间抖动、低暗计数等优良特性被广泛应用到量子信息技术等领域。系统包括电子学模块、制冷模块、探测器和真空模块。通过搭建硬件集成系统和使用软件开发技术,研发出基于传输/网际协议和RS-232串口协议通信的数字化监控平台。该平台能有效提升探测系统的可操作性,有效提高测量实验的工作效率,推进单光子探测技术产业化进程的发展和相关领域的应用。平台能实时采集与分析探测系统中的温度、真空度等参数,同时包括对系统安保监控信息呈动态展示,并自动控制系统从液氦温区到室温(4~300K)的升降温过程。 展开更多
关键词 超导纳米线单光子探测 数字化 自动控制 量子通信
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Efficient mid-infrared single-photon detection using superconducting NbTiN nanowires with high time resolution in a Gifford-McMahon cryocooler 被引量:3
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作者 Jin Chang Johannes W.N.Los +6 位作者 Ronan Gourgues Stephan Steinhauer S.N.Dorenbos Silvania F.Pereira HPaul Urbach Val Zwiller Iman Esmaeil Zadeh 《Photonics Research》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期1063-1070,共8页
Shortly after their inception, superconducting nanowire single-photon detectors(SNSPDs) became the leading quantum light detection technology. With the capability of detecting single-photons with near-unity efficiency... Shortly after their inception, superconducting nanowire single-photon detectors(SNSPDs) became the leading quantum light detection technology. With the capability of detecting single-photons with near-unity efficiency,high time resolution, low dark count rate, and fast recovery time, SNSPDs outperform conventional single-photon detection techniques. However, detecting lower energy single photons(<0.8 eV) with high efficiency and low timing jitter has remained a challenge. To achieve unity internal efficiency at mid-infrared wavelengths, previous works used amorphous superconducting materials with low energy gaps at the expense of reduced time resolution(close to a nanosecond), and by operating them in complex milli Kelvin(mK) dilution refrigerators. In this work,we provide an alternative approach with SNSPDs fabricated from 5 to 9.5 nm thick NbTiN superconducting films and devices operated in conventional Gifford-McMahon cryocoolers. By optimizing the superconducting film deposition process, film thickness, and nanowire design, our fiber-coupled devices achieved >70% system detection efficiency(SDE) at 2 μm and sub-15 ps timing jitter. Furthermore, detectors from the same batch demonstrated unity internal detection efficiency at 3 μm and 80% internal efficiency at 4 μm, paving the road for an efficient mid-infrared single-photon detection technology with unparalleled time resolution and without mK cooling requirements. We also systematically studied the dark count rates(DCRs) of our detectors coupled to different types of mid-infrared optical fibers and blackbody radiation filters. This offers insight into the trade-off between bandwidth and DCRs for mid-infrared SNSPDs. To conclude, this paper significantly extends the working wavelength range for SNSPDs made from polycrystalline NbTiN to 1.5–4 μm, and we expect quantum optics experiments and applications in the mid-infrared range to benefit from this far-reaching technology. 展开更多
关键词 NANOWIRES TECHNOLOGY snspd
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NbN superconducting nanowire single photon detector with efficiency over 90% at 1550 nm wavelength operational at compact cryocooler temperature 被引量:14
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作者 WeiJun Zhang LiXing You +7 位作者 Hao Li Jia Huang ChaoLin Lv Lu Zhang XiaoYu Liu JunJie Wu Zhen Wang XiaoMing Xie 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第12期26-35,共10页
The rapid development of superconducting nanowire single-photon detectors over the past decade has led to numerous advances in quantum information technology. The record for the best system detection efficiency at an ... The rapid development of superconducting nanowire single-photon detectors over the past decade has led to numerous advances in quantum information technology. The record for the best system detection efficiency at an incident photon wavelength of 1550 nm is 93%. This performance was attained from a superconducting nanowire single-photon detector made of amorphous WSi; such detectors are usually operated at sub-Kelvin temperatures. In this study, we first demonstrate superconducting nanowire single-photon detectors made of polycrystalline NbN with system detection efficiency of 90.2% for 1550-nm-wavelength photons at2.1 K, accessible with a compact cryocooler. The system detection efficiency saturated at 92.1% when the temperature was lowered to 1.8 K. We expect the results lighten the practical and high performance superconducting nanowire single-photon detectors to quantum information and other high-end applications. 展开更多
关键词 detection efficiency NbN superconducting nanowire single-photon detector(snspd quantum information
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Wideband cryogenic amplifier for a superconducting nanowire single-photon detector 被引量:2
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作者 Lianming LI Long HE +7 位作者 Xu WU Xiaokang NIU Chao WAN Lin KANG Xiaoqing JIA Labao ZHANG Qingyuan ZHAO Xuecou TU 《Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering》 SCIE EI CSCD 2021年第12期1666-1676,共11页
We present a low-power inductorless wideband differential cryogenic amplifier using a 0.13-μm Si Ge Bi CMOS process for a superconducting nanowire single-photon detector(SNSPD).With a shunt-shunt feedback and capacit... We present a low-power inductorless wideband differential cryogenic amplifier using a 0.13-μm Si Ge Bi CMOS process for a superconducting nanowire single-photon detector(SNSPD).With a shunt-shunt feedback and capacitive coupling structure,theoretical analysis and simulations were undertaken,highlighting the relationship of the amplifier gain with the tunable design parameters of the circuit.In this way,the design and optimization flexibility can be increased,and a required gain can be achieved even without an accurate cryogenic device model.To realize a flat terminal impedance over the frequency of interest,an RC shunt compensation structure was employed,improving the amplifier’s closed-loop stability and suppressing the amplifier overshoot.The S-parameters and transient performance were measured at room temperature(300 K)and cryogenic temperature(4.2 K).With good input and output matching,the measurement results showed that the amplifier achieved a 21-d B gain with a 3-d B bandwidth of 1.13 GHz at 300 K.At 4.2 K,the gain of the amplifier can be tuned from 15 to 24 d B,achieving a 3-d B bandwidth spanning from 120 k Hz to 1.3 GHz and consuming only 3.1 m W.Excluding the chip pads,the amplifier chip core area was only about 0.073 mm^(2). 展开更多
关键词 Cryogenic amplifier Wideband amplifier Superconducting nanowire single-photon detector(snspd)
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High-efficiency and large light-receiving area superconducting nanowire single-photon detector integrated with high-contrast grating 被引量:1
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作者 CHEN WEI WENCONG WANG +2 位作者 DONGMEI LIU MIN GU XIANQIU WU 《Photonics Research》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第11期2253-2260,共8页
By using a high-contrast grating(HCG,high transmittance>90%)to control the phase shift of incident light,we theoretically designed a novel-structured HCG-integrated superconducting nanowire single-photon detector(H... By using a high-contrast grating(HCG,high transmittance>90%)to control the phase shift of incident light,we theoretically designed a novel-structured HCG-integrated superconducting nanowire single-photon detector(HCG-SNSPD)with a high-efficiency and large light-receiving area.Without enlarging the typical single-pixel SNSPD nanowire area(10μm×10μm),the effective detection area is expanded to 115μm,while the absorption efficiency of the nanowire reaches 84.9% at a wavelength of 1550 nm.The effective detection area of HCGSNSPD is increased by 11.5 times compared to that of conventional single-pixel SNSPDs.Moreover,the absorption efficiencies of HCG-SNSPD exceed 70% at wavelengths ranging from 1460 nm to 1650 nm,indicating high-efficiency broadband detection.This study promotes new possibilities for the application of SNSPDs. 展开更多
关键词 snspd high LIGHT
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Temperature dependence of niobium superconducting nanowire single-photon detectors in He-3 cryocooler 被引量:2
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作者 Tao Jia Chao Wan +8 位作者 Limin Zhao Yu Zhou Qingyuan Zhao Min Gu Xiaoqing Jia Labao Zhang Biaobing Jin Jian Chen Lin Kang 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2014年第28期3549-3553,共5页
Performances of superconducting nanowire single-photon detectors(SNSPDs) based on low TCmaterials strongly depend on the operating temperatures. We have fabricated infrared-sensitive niobium SNSPDs based on doped niob... Performances of superconducting nanowire single-photon detectors(SNSPDs) based on low TCmaterials strongly depend on the operating temperatures. We have fabricated infrared-sensitive niobium SNSPDs based on doped niobium(Nb*) films and measured them in He-3cryocooler. The critical current approaches to the de-pairing current at 0.3 K. Therefore, with the decrease in temperatures, we have observed a monotonous increase of count rate at the wavelength of 1,521 nm and exponential decrease of dark count rate at all bias currents. The possible origin of dark counts for doped Nb devices is also discussed. 展开更多
关键词 单光子探测器 纳米线 制冷机 温度依赖性 超导 氦3 临界电流
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