偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光探测技术领域，涉及一种超导纳米线单光子探测器，特别是涉及一种偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器。
【背景技术】
[0002]超导纳米线单光子探测器(SuperconductingNanowire Single PhotonDetector, SNSPD)是一种新型的单光子探测器，可以实现从可见光波段到红外波段的单光子探测。
[0003]SNSPD 一般工作在低于4K的低温环境下，并加一略小于临界电流的偏置电流。当单光子被超导纳米线条吸收时，库泊电子对被破坏产生大量的热电子，在局部形成热点区域；如果光子能量足够高，产生的热点足够大，最终会在纳米线条上形成有阻区，纳米线条失超。经过一段弛豫时间之后，热电子与声电子相互作用重新形成库珀电子对，纳米线条重新恢复超导态。实际检测中，通过检测该有阻区来实现单光子的探测。
[0004]目前，超导纳米线单光子探测器的综合性能良好，具有暗计数低、探测速率高等优点，在量子通信、量子计算、深空通信、非线性光学等众多领域中具有十分重要的应用前景。
[0005]但是，与半导体单光子探测器相比，现有的超导纳米线单光子探测器存在一较大缺点:由于纳米线条光栅结构的各向异性，吸收率对入射光的偏振方向非常敏感。一般的解决方法是在超导纳米线单光子探测器前端连接偏振控制器，但此方法需要手工调节，从而制约了超导纳米线单光子探测器在实际应用中的灵活性；此外，在某些涉及随机偏振(如荧光)的应用场景，由于无法调节光的偏振方向，如使用现有的偏振敏感超导纳米线单光子探测器，其探测效率无法得到最优化。
[0006]因此，为了满足超导纳米线单光子探测器的实际应用需求，提供一种偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器非常必要。
【发明内容】
[0007]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偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器，用于解决现有技术中超导纳米线单光子探测器对光偏振方向敏感的问题。
[0008]为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器，包括:
衬底；
介质半反镜，结合于所述衬底表面；
下光学腔体，结合于所述介质半反镜表面；
介质包裹层，结合于所述下光学腔体表面；
NbN纳米线，结合于所述介质包裹层内部；
上光学腔体，结合于所述介质包裹层表面； 介质纳米线，结合于所述介质包裹层与上光学腔体之间；
全反镜，结合于所述上光学腔体表面。
[0009]作为本发明的偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，通过调节所述介质包裹层的厚度，可以使不同偏振方向的光吸收率相同。
[0010]作为本发明的偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，通过调节所述介质半反镜的厚度，可以提高光吸收率。
[0011]作为本发明的偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，通过调节所述介质纳米线的尺寸，可以使不同偏振方向的光吸收率峰值对应波长相同。
[0012]作为本发明的偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器的一种优选方案，所述衬底的材料包括二氧化娃、蓝宝石或MgO等材料；所述介质半反镜的材料包括娃或GaAs等材料；所述介质包裹层的材料包括娃或GaAs等材料；所述介质纳米线的材料包括娃或GaAs等材料；所述下光学腔体和上光学腔体的材料包括二氧化硅或一氧化硅等材料；所述NbN纳米线厚度介于4纳米到8纳米之间，可包裹在所述介质包裹层的中间、上端或者下端位置；所述全反镜的材料为金属或布拉格多层介质反射镜。
[0013]综上所述，本发明提供一种偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器，包括衬底；介质半反镜，结合于所述衬底表面；下光学腔体，结合于所述介质半反镜表面；介质包裹层，结合于所述下光学腔体表面；NbN纳米线，结合于所述介质包裹层内部；上光学腔体，结合于所述介质包裹层表面；介质纳米线，结合于所述介质包裹层与上光学腔体之间；全反镜，结合于所述上光学腔体表面。本发明通过调节所述介质包裹层的厚度、介质半反镜的厚度和介质纳米线的尺寸，可以实现光吸收率的偏振非敏感性，且具有较高的吸收效率，具有高度产业利用价值。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的一种偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器的结构截面示意图。
[0015]图2为本发明的一种偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器的“波长-吸收率”响应曲线，通过调节介质包裹层的厚度、介质半反镜的厚度和介质纳米线的尺寸，对不同偏振状态的光信号，超导纳米线单光子探测器的“波长-吸收率”曲线几乎完全重合，且具有较高的峰值吸收效率。
[0016]元件标号说明
1:衬底，2:介质半反镜，3:下光学腔体，4:介质包裹层，5:NbN纳米线，6:介质纳米线，7:上光学腔体，8:全反镜。
【具体实施方式】
[0017]以下通过特定的具体的实施例说明本发明的【具体实施方式】，本领域技术人员可根据本说明书所揭露的内容轻易的了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过其他不同的具体的实施方式加以实施或者应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或者改变。
[0018]请参阅图1及图2。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，因此图示中仅仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施中各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
[0019]实施例
如图1及图2所示，本实施例提供一种偏振非敏感且高效率的超导纳米线单光子探测器，包括:
衬底I ;
介质半反镜2，结合于所述衬底I表面；
下光学腔体3，结合于所述介质半反镜2表面；
介质包裹层4，结合于所述下光学腔体3表面；
NbN纳米线5，结合于所述介质包裹层4内部；
上光学腔体7，结合于所述介质包裹层4表面；
介质纳米线6，结合于所述介质包裹层4与上光学腔体7之间；
全反镜8，结合于所述上光学腔体7表面。
[0020]作为示例，本实施例设计的偏振非敏感且高吸收率的超导纳米线单光子探测器，可以通过调节所述介质包裹层4的厚度，使不同偏振方向的光吸收率相同。
[0