专利名称：一种提高snspd系统抗电干扰能力的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光探测技术领域，涉及一种提高SNSro系统抗电干扰能力的方法及装置。
背景技术：
超导纳米线单光子探测器(SuperconductingNanowire Single PhotonDetector, SNSPD)是一种重要的光探测器，可以实现从可见光到红外波段的单光子探测。SNSPD主要采用低温超导超薄薄膜材料，比如NbN、Nb、NbTiN等。典型厚度约为5nm，器件通常采用IOOnm左右宽度的曲折纳米线结构。SNSF1D工作时置于低温环境中(< 4K),器件处于超导态,并加以一定的偏置电流Ib, Ib略小于器件临界电流I。。当单个光子入射到器件中的纳米线条上时，会拆散库珀对，形成大量的热电子，从而形成局域热点，热点在偏置电流Ib的作用下由于焦耳热进行扩散，最终使得纳米线条局部失超形成有阻区。之后热电子能量通过电声子相互作用传递并弛豫，再重新配对成超导态的库珀对。由于超导材料的热弛豫时间很短，因此当SNSH)接收到单个光子后，就会在器件两端产生一个快速的电脉冲信号。
如图1所示，SNSro系统通常由制冷模块，光耦合模块及电子学模块构成。制冷模块一般使用制冷机制冷或液氦杜瓦，使得器件能工作在恒定的低温下。光耦合模块通过光纤将传输的光信号以最小的衰减引入到器件上。电子学模块主要包括器件电偏置和脉冲响应信号放大。隔离电压源输出恒定电压，通过限流电阻后，通过偏置树向器件提供恒定偏置电流。响应信号读取与放大模块主要包括偏置树(Bias-Tee)和低噪声放大器，偏置树(Bias-Tee)用来分离直流偏置与高频响应信号；低噪声放大器用来放大响应脉冲信号。器件的临界电流I。通常在微安量级(一般在10 50uA)，而且器件的工作点偏置电流一般选取Ib ^ 0.951。。电路噪声及外界的电干扰(电场耦合以及工频电网引入的“浪涌”电压，比如空调和日光灯的开启与关闭)引入的噪声I AIb|很容易导致器件上的实际工作电流Γ b=Ib+| AlJ > I。，从而导致器件失超形成有阻区，并使有阻区的焦耳热超过其热弛豫能力，致使器件无法回复到超导态，我们称这种跳变进入有阻态的过程为“latch”。一旦进入有阻态，器件将无法对入射光子做出响应。这时，器件需要重新复位才能够使用。适当降低Ib能减小因电干扰而产生“latch”的概率，但是这样会降低器件的量子效率。因此，如何减小电干扰的影响，避免“latch”发生对于提升SNSH)系统工作稳定性非常重要。Fujiwara 等人在 “M.Fujiwara et al, Opt.Expressl9 (20)，19562 (2011) ” 中提出采用在偏置树(Bias-Tee) DC&RF端与器件负极并联50 Ω电阻(波阻抗为50 Ω)来避免“latch”。这种方法可以达到抗电干扰的效果，但是会降低响应脉冲幅度(减小到约70% )，减小信噪比；而且阻抗匹配不好时，电脉冲信号会出现一定的反射信号，严重时会影响最终的信号甄别
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种提高SNSro系统抗电干扰能力的方法及装置，该方法和装置可以在避免发生“latch”的同时保证探测系统的响应脉冲幅度。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种提高SNSro系统抗电干扰能力的方法及装置。一种提高SNSro系统抗电干扰能力的方法，所述SNSro系统包括SNSro器件和偏置树；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口 ；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述提高SNSH)系统抗电干扰能力的方法为:在所述DC端口与SNSH)器件的接地端之间连接一电阻。作为本发明的一种优选方案，所述SNSro系统还包括隔离电压源、限流电阻、放大器；所述隔离电压源的正极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与所述偏置树的DC端口相连；所述偏置树的RF端口与放大器相连；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述隔离电压源的负极接地。
toon] 一种提高SNSro系统抗电干扰能力的装置，所述提高SNSro系统抗电干扰能力的装置包括SNSro器件和偏置树；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口 ；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述DC端口与SNSPD器件的接地端之间连接一电阻。
作为本发明的一种优选方案，所述SNSro系统还包括隔离电压源、限流电阻、放大器；所述隔离电压源的正极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与所述偏置树的DC端口相连；所述偏置树的RF端口与放大器相连；所述偏置树的DC&RF端口与SNSro器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述隔离电压源的负极接地。如上所述，本发明所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的方法及装置，具有以下有益效果:I)操作简单，不改变器件结构，不需要增加滤波电路或屏蔽，仅需并联适当阻值的电阻就能提高系统抗电干扰能力，成本几乎可以考虑不计；2)不改变探测电脉冲信号的形状、幅度与宽度；3)接在偏置树(Bias-Tee)的直流端，与高频信号分离，不会因波阻抗匹配不好形成反射从而影响器件性能；4)不影响探测系统的暗计数率(dark count rate)及量子效率(QuantumEfficiency)。
图1为现有的SNSro系统的结构示意图。图2为本发明所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的装置的结构示意图。图3为本发明所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的装置与现有技术不并联电阻及电阻并联位置不同时对SNsro器件响应波形的影响曲线图。图4为本发明所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的装置及现有技术不并联电阻及电阻并联位置不同时对SNSro器件Rd。的影响曲线图。图5为本发明所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的装置及现有技术不并联电阻及电阻并联位置不同时对SNsro器件QE的影响曲线图。
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本发明的目的是实现一种提高超导单光子探测系统抗电干扰能力的方法。具体的说，本发明是通过并联适当阻值的电阻RO起到以下两方面的作用:1、减小电场耦合造成的噪声；2、在电网“浪涌”电干扰导致器件失超瞬间进行分流，使得器件能快速回到超导态，减小焦耳热进而避免发生“ latch”。本发明综合以上两方面来提高器件的抗电干扰能力。下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种提高SNSH)系统抗电干扰能力的方法，参见图2，所述SNSH)系统包括制冷机、光耦合模块、SNSPD器件和偏置模块等；所述偏置模块中主要包括隔离电压源、偏置树、放大器等；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口 ；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述提高SNSH)系统抗电干扰能力的方法为:在所述DC端口与SN SH)器件的接地端之间连接一电阻。本发明基于现有技术存在的缺陷，在原偏置模块的偏置树(Bias-Tee DC)端并联电阻R0，RO的阻值可根据实际器件选取，例如可选取50 Ω。该电阻的阻值选取过程可以参考以下过程:1、利用开关日光灯或空调模拟产生“浪涌电压”电干扰信号(典型幅值为0.3 IV)；2、调整电压源输出电压，使得器件上电流Λ Ξ 0.954 ;用示波器观察放大器输出波形；开关日光灯，观察开关瞬间波形变化，重复数次；3、若波形不消失，则阻值合适；若波形消失，则减小阻值，重复步骤2，直到开光日光灯时波形不消失为止。本发明利用RO的两个作用:1、减小电场的耦合噪声；2、在工频电网“浪涌”脉冲干扰瞬间进行分流来提高器件的抗电干扰能力，避免器件“latch”来提高器件的抗电干扰能力。所述SNSro系统还包括隔离电压源、限流电阻、放大器；所述隔离电压源的正极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与所述偏置树的DC端口相连；所述偏置树的RF端口与放大器相连；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述隔离电压源的负极接地。本实施例中，所述SNsro系统可以包括上述结构，但不限于上述结构，也可有其他形式的变形。
但凡利用在偏置树的DC端口连接电阻实现提高SNSH)系统抗电干扰能力的方法，都包括在本发明的保护范围内。实施例二本实施例提供一种提高SNSH)系统抗电干扰能力的装置，参见图2，所述SNSH)系统包括制冷机、光耦合模块、SNSPD器件和偏置模块等；所述偏置模块中主要包括隔离电压源、偏置树、放大器等；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口 ；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述DC端口与SNSH)器件的接地端之间连接一电阻。所述SNSro系统还包括隔离电压源、限流电阻、放大器；所述隔离电压源的正极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与所述偏置树的DC端口相连；所述偏置树的RF端口与放大器相连；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述隔离电压源的负极接地。本实施例中，所述SNsro系统可以包括上述结构，但不限于上述结构，也可有其他形式的变形。对本发明所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的装置(参见图2)进行如下性能测试:1、并联50 Ω电阻对器件响应波形的影响。在A处并联50Ω电阻与不并电阻相比，脉冲幅度及形状都无明显变化。而在A’处并联50 Ω电阻会明显降低脉冲幅度，约为原来的0.7倍，而且还会产生如图3所示的反射峰。2、并联50 Ω电阻对器件Rdc的影响。在A’处并联50 Ω电阻时，Rd。在Ib/I。较大时暗计数率与不并电阻时相比略微增大；而在A端并联50 Ω时，Rdc与不并电阻时相比基本无变化，参见图4。3、并联50 Ω电阻对器件QE的影响。参见图5，两处并联位置A与A’处均对器件的QE无明显影响。本发明与现有技术相比，其显著优点是:I)操作简单，不改变器件结构，不需要增加滤波电路或屏蔽，仅需并联适当阻值的电阻就能提高系统抗电干扰能力，成本几乎可以考虑不计；2)不改变探测电脉冲信号的形状、幅度与宽度；3)接在偏置树(Bias-Tee)的直流端，与高频信号分离，不会因波阻抗匹配不好形成反射从而影响器件性能；4)不影响探测系统的暗计数率(dark count rate, Rdc)及量子效率(QuantumEfficiency, QE)。传统的SNSro系统在特定的工作偏置电流下经常会因为外界的电噪声(比如日光灯和空调的开关)而跳变进入有阻态。本发明采用在偏置树的直流端(即DC端)并联一个电阻的方式有效的减小外界的电噪声对SNsro工作的干扰，实现了稳定工作的SNSro系统，与此同时并不减小器件的响应信号幅度和量子效率，并保持相同的暗计数水平。所以，本发明 有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍 应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种提高SNSro系统抗电干扰能力的方法，所述SNSro系统包括SNSro器件和偏置树；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口 ；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；其特征在于，所述提高SNSH)系统抗电干扰能力的方法为:在所述DC端口与SNSH)器件的接地端之间连接一电阻。
2.根据权利要求1所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的方法，其特征在于:所述SNSPD系统还包括隔离电压源、限流电阻、放大器；所述隔离电压源的正极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与所述偏置树的DC端口相连；所述偏置树的RF端口与放大器相连；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述隔离电压源的负极接地。
3.一种提高SNSro系统抗电干扰能力的装置，其特征在于:所述提高SNSro系统抗电干扰能力的装置包括SNSro器件和偏置树；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述DC端口与SNSH)器件的接地端之间连接一电阻。
4.根据权利要求3所述的提高SNSro系统抗电干扰能力的装置，其特征在于:所述SNSPD系统还包括隔离电压源、限流电阻、放大器；所述隔离电压源的正极与限流电阻的一端相连，限流电阻的另一端与所述偏置树的DC端口相连；所述偏置树的RF端口与放大器相连；所述偏置树的DC&RF端口与SNSH)器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述隔离电压源的 负极接地。
全文摘要
本发明提供一种提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法及装置，所述SNSPD系统包括SNSPD器件和偏置树；所述偏置树具有DC端口、DC&RF端口、RF端口；所述偏置树的DC&RF端口与SNSPD器件的一端相连，SNSPD器件的另一端接地；所述提高SNSPD系统抗电干扰能力的方法为在所述DC端口与SNSPD器件的接地端之间连接一电阻。本发明操作简单，不改变器件结构，不需要增加滤波电路或屏蔽，仅需并联适当阻值的电阻就能提高系统抗电干扰能力，成本低；不改变探测电脉冲信号的形状、幅度与宽度；不会形成反射脉冲从而影响器件性能；不影响探测系统的暗计数率及量子效率。
文档编号G01J11/00GK103245424SQ201210024730
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月3日 优先权日2012年2月3日
发明者尤立星, 陈思井, 王永良, 刘登宽, 谢晓明, 江绵恒 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所