Research | 研究内容

经典和量子光探测都需要高性能的单光子探测器，实现对信号的最大化提取。光电探测的物理过程体现为光电效应，即光子吸收后产生光电子，再通过读取光电子产生的电流或者电压信号，反推出光的特性。光场量子化的产物为光子，对光子的探测需要使用单光子探测器。


超导作为一种材料特有的属性，既是研究凝聚态物理的重要平台，也能被用于实现功能特异的各种电子学器件。超导纳米线单光子探测器（superconducting nanowire single photon detector， SNSPD）是一种性能优异的单光子探测器，处于偏置状态的纳米线吸收光子后产生阻态，从而影响了电路电流分布，通过低噪声放大器，读出电流变化所产生的光脉冲响应。SNSPD具有速度快，响应带宽宽，工作温度高，暗计数率低，时间抖动小等特点。通过薄膜优化，材料选择，结构优化等手段，目前报道的SNSPD在通信波段（1550 nm）已经获得了令人满意的探测效率。使得SNSPD在量子通讯，集成电路检测等应用中崭露头角。


基于之前的研究背景，我们将以超导纳米线作为平台，研究超导特性在介观尺度下的具体体现，尤其是超导纳米线中自发的磁通扰动和光子吸收过程；另外，超导相变过程中的热平衡过程在尺寸受限的环境下，也表现出不同于经典热力学的特性，是我们研究的方向之一。相关研究不仅可以解释超导纳米线探测器的响应机理，也有助于开发出新的超导探测器。


图注: 典型的超导纳米线单光子探测器SNSPD. (a) 典型的蜿蜒线结构SNSPD；(b) SNSPD等效电路图；(c) 典型的输出脉冲波形