一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法技术

本发明专利技术公开了一种多通道超导纳米线单光子探测器或探测器阵列的低温读出方法，包括由超导纳米线单光子探测器到由多门控端的超导纳米线三端子逻辑器件组成的超导纳米线编码器，再到外部检测仪器的同轴线和射频放大回路；所述超导纳米线编码器的输出信号通过同轴线由低温工作区传输至室温环境；所述超导纳米线编码器具有(2

A Low Temperature Readout Method for Multichannel Superconducting Nanowire Single Photon Detector

The invention discloses a low-temperature readout method of a multi-channel superconducting nanowire single photon detector or detector array, which includes a superconducting nanowire encoder consisting of a superconducting nanowire single photon detector and a superconducting nanowire three-terminal logic device with multiple gated terminals, and then a coaxial line and a radio frequency amplification loop of an external detection instrument; the output signal of the superconducting nanowire encoder. The superconducting nanowire encoder has (2)

【技术实现步骤摘要】
一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法
本专利技术涉及一种低温读出方法，特别涉及一种适用于多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法。
技术介绍
超导纳米线单光子探测器(superconducting-nanowiresingle-photondetector,SNSPD)是一种新型的单光子探测器。超导纳米线单光子探测器的感光部分使用超导薄膜，例如氮化铌薄膜，制备成的纳米线构成。超导纳米线单光子探测器工作时需要被偏置在超导临界电流之下。当纳米线条吸收光子后，吸收区域的超导态被破坏，在电路上表现为流经探测器上电流突然下降。随后纳米线条经过冷却过程，恢复到初始状态。超导纳米线单光子探测器吸收光子的过程在电路上表现为一快速上升，随后指数衰减的电脉冲。通过将此脉冲信号放大，能够鉴别单光子的到达。传统的超导纳米线单光子探测器室温读出方法具有噪声大、抗干扰能力差等缺点，因此低温读出方式能够有效地避免常温下的噪声耦合到输出信号中。在传统的超导纳米线单光子探测器室温读出电路中，每一个通道的探测器就要有一根输出端口接入到常温下，由于探测速度的制约会导致输出信号带宽的浪费。现阶段国际上低温数字读出方式使用基于超导约瑟夫森结的RSFQ数字电路，其读出信号能力较好，但是其电路结构极其复杂、工艺制备困难，并且以上读出方式均是通过磁通方式读出信号，输出信号微弱，对外界环境要求极高，电路需要磁屏蔽，从而保证稳定的动作。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，解决了超导纳米线单光子探测器的检测信号微弱、多通道探测器输出端口过多、抗干扰能力不强、传统室温读出方式噪声大的限制，有效的提高了探测器的工作稳定性。技术方案：为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为一种适用于多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，包括由探测器到外部检测仪器的同轴线和射频放大回路；所述超导纳米线编码器的输出信号通过同轴线由低温工作区传输至室温环境；所述超导纳米线编码器具有(2N-1)个输入端和N个输出端。进一步的，所述多通道超导纳米线单光子探测器和超导纳米线编码器均安装在制冷装置的内部。进一步的，所述多通道纳米线单光子探测器的输出端和超导纳米线编码器的输入端在制冷装置内部相连接。进一步的，所述超导纳米线编码器通过制冷装置同轴线与常温放大电路相连接。更进一步的，所述多通道超导纳米线单光子探测器与超导纳米线编码器集成在同一个PCB电路板。更进一步的，所述超导纳米线编码器具有(2N-1)个输入端口和N个输出端口。进一步的，多个所述超导纳米线编码器组合后能够实现逻辑功能，通过将接收到的超导纳米线单光子探测器信号进行BCD编码的方式输出，最终实现减少传统室温读出电路输出端口数的功能。更进一步的，超导纳米线编码器通过BCD编码比特输出信息能够确定响应光子的探测器所在位置，编码输出的脉冲表明光子到达探测器的时刻，实现单光子探测器位置信息的数字读出功能，并且保证了光子到达的时间信息。进一步的，所述超导纳米线编码器输出端通过SMA接出到室温环境中。更进一步的，所述超导纳米线编码器对超导纳米线单光子探测器的输出信号进行一级放大。更进一步的，所述超导纳米线编码器的输出信号再由常温放大器进行放大，以便检测设备进行监测。所述同轴线为常用的50Ω同轴线，工作频率>5GHz，衰减小的同轴线将有助于探测器输出信号的保持。有益效果：本专利技术巧妙的利用了超导纳米线编码器的工作特点，将多通道超导单光子探测器的输出信号在低温中进行放大，因此低温下能够将其检测信号先放大一级将其与环境噪声分离开来将会有效地避免低温下的环境噪声。超导纳米线编码器具有(2N-1)端口输入和N个输出端口特性避免了传统读出电路中的带宽浪费。超导纳米线编码器结构简单、工艺制备简单和抗磁性强，因此其对外界环境要求不高。附图说明图1为本专利技术的电路示意图；图2为超导纳米线编码器读出信号时序图；图3为多门控端的超导纳米线逻辑器件的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。实施例：将多通道超导纳米线单光子探测器和超导纳米线编码器装载在1.5K制冷机中，介绍电路的安装过程。如图1所示，首先，将多通道超导纳米线单光子探测器(本实施例以七个为例)和三个超导纳米线编码器在低温下相连接，并且按照图1中所示的连接方法相互耦合。低温下，超导纳米线编码器将每一路的超导纳米线单光子探测器的探测信号进行编码并且进行一次信号放大后将原始信号转换成三路的编码信号。其次，将三个超导纳米线编码器通过SMA接口和同轴线出到常温中，再通过三个常温的放大器对三路的输出信号再进行二次放大以便外部设备对编码后的信号进行采集观测。如图2所示，七个超导纳米线单光子探测器探测的信号，通过三个编码器编码后的信号。相应的A3、A2、A1三路为三个超导纳米线编码器的输出信号，A3A2A1能够辨别出是哪一个超导纳米线单光子探测器的探测信号，由此实现低温编码读出功能。如图3所示，为多门控端超导纳米线或门的结构图。超导纳米线编码器是由多个独立的多门控端超导纳米线或门组成，多门控端超导纳米线或门是基于nTron(nanocryotron)优化而成，多门控端超导纳米线或门具有多个输入端进而控制通道端的逻辑器件。多门控端超导纳米线或门的任意一个门控端有输入信号，则输出端有信号输出，从而实现多门控纳米线对同一个通道纳米线的控制，实现了集成度高的或门，同时其也具备扩展至与门的功能超导纳米线编码器由一个偏置端口、一个输出端口和八个输入端口组成，偏置端口用来输入偏置电流，输出端口用来输出信号，输入端口则用来按照图1中的连接结构将超纳米线单光子探测器的输出信号输送进来。当超导纳米线编码器未探测到超导纳米线单光子探测器信号时，偏置电流流向地。一旦探测到信号后，超导纳米线编码器中形成电阻，进而偏置电流转而流向输出端口，实现探测信号输出完成BCD(Binary-CodedDecimal)编码功能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，其特征在于，包括低温下的多通道超导纳米线单光子探测器以及超导纳米线编码器、室温下的放大器，所述多通道超导纳米线单光子探测器的输出端按照固定方式连接多门控端超导纳米线或门输入端，所述超导纳米线编码器的输出信号通过同轴线由低温工作区传输至室温环境，并通过所述放大器传输至外部检测仪器；所述超导纳米线编码器具有(2

【技术特征摘要】
1.一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，其特征在于，包括低温下的多通道超导纳米线单光子探测器以及超导纳米线编码器、室温下的放大器，所述多通道超导纳米线单光子探测器的输出端按照固定方式连接多门控端超导纳米线或门输入端，所述超导纳米线编码器的输出信号通过同轴线由低温工作区传输至室温环境，并通过所述放大器传输至外部检测仪器；所述超导纳米线编码器具有(2N-1)个输入端和N个输出端。2.根据权利要求1所述的一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，其特征在于，所述多通道超导纳米线单光子探测器和超导纳米线编码器均安装在制冷装置的内部。3.根据权利要求2所述的一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，其特征在于，所述多通道超导纳米线单光子探测器与超导纳米线编码器在低温下相连接，多通道超导纳米线单光子探测器的输出端与超导纳米线编码器的输入端相连。4.根据权利要求2所述的一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，其特征在于，所述多通道超导纳米线编码器由多个独立的多门控端超导纳米线或门组成。5.根据权利要求4所述的一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，其特征在于，所述多门控端超导纳米线对同一个通道纳米线的控制，实现了集成度高的或门，同时也具备扩展至与门的功能。6.根据权利要求3所述的一种多通道超导纳米线单光子探测器的低温读出方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑凯，赵清源，康琳，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32