摘要
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)能够高效、快速的探测单光子，同时具有暗计数低，时间抖动小，响应频谱宽等特点。在1550波段，使用WSi作为超导材料的SNSPD的探测效率高于90％。经典的SNSPD结构能够很好地探测单光子，但在量子通信和量子信息处理等领域，需要使用具有光子数分辨能力的探测器。 目前，由SNSPD可以构成光子数分辨器件的方法主要有两种，一种是并联超导纳米线探测器(PND)，另一种是串联超导纳米线探测器(SND)。但是，PND器件由于其电流重新分配的问题，是其在偏置电流接近临界电流时无法正常工作,无法获得最佳的探测效率。在PND基础上改进的SND，规避了PND的缺点，可以工作在临界电流附近，是其在分辨光子数的同时获得较高的系统效率。 本文在传统SNSPD的制备工艺基础上，首先制备了具有6相同电阻的SND器件，在此基础上通过调整电阻阻值，制备了3不同电阻SND器件。主要成果为: 第一，制备了6相同电阻SND，并分析了器件的性能。为了能够使器件获得较高的信噪比，选用了厚度较厚NbN的薄膜，牺牲器件的探测效率以获得具有较高临界温度和较大临界电流。在表征6相同电阻SND的过程中，首先通过Ⅳ曲线拟合得到器件并联电阻为110Ω;其次通过低入射光功率条件下的计数率确定了器件的单光子探测效率最高可达18.58％，此时暗计数400Hz;在100Hz暗计数时，单光子探测效率8.6％。同时，通过概率模型解释了当入射光功率增加时，计数率下降的原因。 第二，对于6相同电阻SND器件，利用计数器的计数原理，通过调整计数器阈值电压，获得了不同入射光功率下，阈值电压和计数之间的关系。由该关系确定了各脉冲电压的幅度，并根据这些幅度分离出了各脉冲的计数随入射光功率变化的分布情况，并用概率模型较为圆满的解释了该现象产生的原因，证明了器件具有光子分辨能力，且各探测单元具有接近的探测效率。 第三，制备了3不同电阻SND，并证明器件不同的输出脉冲代表了不同的探测单元触发情况。3不同电阻SND的并联电阻的比值为1∶2∶4，通过示波器可以看到器件有23-1种种脉冲幅度。用计数器测得的阈值电压和计数率的关系，进一步证实了这一点。同时计数率随着入射光功率的变化表明，23-1种幅度分别代表了23-1不同的探测到光子的器件单元组合。通过分析阈值电压和计数率的关系，还获得了3不同电阻SND输出的23-1种脉冲的幅度值。器件的单光子探测效率约为5.94％。
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