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十六像素氮化铌纳米线单光子探测器与300微米光纤耦合

DOI：10.1109/jphot.2019.2954938 期刊：IEEE Photonics Journal 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 氮化铌（NbN）纳米线具有高重复频率和高效率特性，是超导纳米线单光子探测器（SNSPDs）的理想材料。然而大面积制备NbN阵列存在技术困难，而该技术对多种应用至关重要。本文报道了采用光束压缩技术实现的4×4 NbN SNSPD阵列（16像素）与直径300微米多模光纤的光学耦合方案，这是首次实现NbN SNSPD与大直径光纤的耦合。设计的像素间距极?。ㄏ袼靥畛湟蜃釉?8.5%），几乎不存在死区。该系统对多模光纤耦合光子（λ=1064 nm）实现了46%的系统效率和94.5%的量子效率，可获得小于69皮秒的本征时间分辨率。这种高性能单光子探测器适用于卫星激光测距。该方案为大尺寸NbN SNSPD阵列的实现提供了可行性，为开发基于NbN纳米线的高效光子相机奠定了基础。
作者： Qi Chen，Biao Zhang，Labao Zhang，Rui Ge，Ruiying Xu，Yang Wu，Xuecou Tu，Xiaoqing Jia，Danfeng Pan，Lin Kang，Jian Chen，Peiheng Wu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

开发适用于卫星激光测距的高性能单光子探测器，并验证使用氮化铌（NbN）构建大型超导纳米线单光子探测器（SNSPD）阵列的可行性。

研究成果

该研究成功研制出具有高探测效率和量子效率的16像素氮化铌超导纳米线单光子探测器（NbN SNSPD）阵列，适用于卫星激光测距。这证明了采用氮化铌材料制造大型SNSPD阵列的可行性，为高效光子相机的发展铺平了道路。未来工作可通过引入微透镜阵列来改善均匀性和填充因子，从而解决现有局限性。

研究不足

该研究在确保更大区域内纳米线良好均匀性方面面临挑战，这是由于电子邻近效应以及更大阵列中像素间填充因子可能降低，进而可能导致探测效率下降。

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