中国科学院上海微系统所成功研制移动式高效率超导单光子探测系统

作者: 爱集微 09-20 21:16
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近日,中国科学院上海微系统所李浩、尤立星团队和赋同量子科技(浙江)有限公司合作,成功研制了基于小型液氦杜瓦(工作温度4.2K)、在1550nm波段系统探测效率超过70%的移动式超导单光子探测系统,为未来开展基于移动平台(机载、车载等)的高性能单光子探应用铺平了道路。相关研究成果以《在1550nm波段探测效率超过70%的移动式超导条带光子探测系统(Mobile superconducting strip photon detection system with efficiency over 70% at a 1550 nm wavelength)》为题,发表在Optics Express上。

超导条带光子探测器(SSPD:Superconducting strip photon detector)作为高性能的单光子探测器,广泛地应用于量子信息和弱光探测等领域,有力地推动了相关领域的科技进步。然而SSPD的综合探测性能显著地依赖于器件的工作温度,温度越低,系统探测效率越高。迄今为止,高效率的SSPD系统通常需要使用GM制冷机(T≤2.5 K)、吸附式制冷机(T≤0.85 K)甚至更低温度的制冷机,这些系统的质量、体积、功耗等成为了限制SSPD在机载等移动平台应用的关键原因。如果能在4.2K工作温度实现高效率SSPD,便可以利用小型液氦杜瓦构建小型、低功耗、短时工作的超导单光子探测系统,为无人机、航空等移动平台应用提供可行的解决方案。

SSPD的光响应性能与超导薄膜材料的无序度密切相关,利用高无序超导薄膜材料调控技术实现面电阻更高的超导薄膜材料,增强SSPD的探测灵敏度是提升SSPD工作温度的方法之一。在本项目中,研究人员利用了面电阻超过600Ω的NbTiN超导薄膜材料实现了4.2K工作温度近饱和探测效率的SSPD。同时研发制造了SSPD专用的小型液氦杜瓦,结合基于电池的低功耗电路模块,实现了探测效率超过70%的移动式单光子探测系统。

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