近日,中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所李浩、尤立星團(tuán)隊(duì)和賦同量子科技(浙江)有限公司合作,成功研制了基于小型液氦杜瓦(工作溫度4.2K)、在1550nm波段系統(tǒng)探測效率超過70%的移動式超導(dǎo)單光子探測系統(tǒng),為未來開展基于移動平臺(機(jī)載、車載等)的高性能單光子探應(yīng)用鋪平了道路。相關(guān)研究成果以《在1550nm波段探測效率超過70%的移動式超導(dǎo)條帶光子探測系統(tǒng)(Mobile superconducting strip photon detection system with efficiency over 70% at a 1550 nm wavelength)》為題,發(fā)表在Optics Express上。
超導(dǎo)條帶光子探測器(SSPD:Superconducting strip photon detector)作為高性能的單光子探測器,廣泛地應(yīng)用于量子信息和弱光探測等領(lǐng)域,有力地推動了相關(guān)領(lǐng)域的科技進(jìn)步。然而SSPD的綜合探測性能顯著地依賴于器件的工作溫度,溫度越低,系統(tǒng)探測效率越高。迄今為止,高效率的SSPD系統(tǒng)通常需要使用GM制冷機(jī)(T≤2.5 K)、吸附式制冷機(jī)(T≤0.85 K)甚至更低溫度的制冷機(jī),這些系統(tǒng)的質(zhì)量、體積、功耗等成為了限制SSPD在機(jī)載等移動平臺應(yīng)用的關(guān)鍵原因。如果能在4.2K工作溫度實(shí)現(xiàn)高效率SSPD,便可以利用小型液氦杜瓦構(gòu)建小型、低功耗、短時工作的超導(dǎo)單光子探測系統(tǒng),為無人機(jī)、航空等移動平臺應(yīng)用提供可行的解決方案。
SSPD的光響應(yīng)性能與超導(dǎo)薄膜材料的無序度密切相關(guān),利用高無序超導(dǎo)薄膜材料調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)面電阻更高的超導(dǎo)薄膜材料,增強(qiáng)SSPD的探測靈敏度是提升SSPD工作溫度的方法之一。在本項(xiàng)目中,研究人員利用了面電阻超過600Ω的NbTiN超導(dǎo)薄膜材料實(shí)現(xiàn)了4.2K工作溫度近飽和探測效率的SSPD。同時研發(fā)制造了SSPD專用的小型液氦杜瓦,結(jié)合基于電池的低功耗電路模塊,實(shí)現(xiàn)了探測效率超過70%的移動式單光子探測系統(tǒng)。
圖:(左)液氦杜瓦的系統(tǒng)圖;(右)移動式SSPD系統(tǒng)探測效率和暗計數(shù)性能曲線
論文第一作者為上海微系統(tǒng)所副研究員張孝富,第二作者為上海微系統(tǒng)所博士研究生馬若巖。通訊作者為上海微系統(tǒng)所張孝富、尤立星。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、上海市揚(yáng)帆計劃等項(xiàng)目的支持。
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https://doi.org/10.1364/OE.501552
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原文標(biāo)題:上海微系統(tǒng)所成功研制移動式高效率超導(dǎo)單光子探測系統(tǒng)
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