背面光耦合超导纳米线单光子探测器件、制备及测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种背面光耦合超导纳米线单光子探测器件、制备及测试装置，背面光耦合超导纳米线单光子探测器件包括器件光敏区域及定位环。测试装置包括封装件及套管，背面光耦合超导纳米线单光子探测器件固定于封装件中，并通过套管与封装件及光纤插头的连接，使得光纤插头的中心与背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的中心位于同一垂线上。本发明专利技术制备具有特殊形貌的背面光耦合超导纳米线单光子探测器件并与测试装置配合应用，实现高稳定性的自对准光耦合；且利用μm级的标记刻度尺，结合光学显微镜可以直接量化对光误差，使得对光误差控制在μm量级。

Single photon detection device, fabrication and testing device of back Photocoupled super admittance meter line

【技术实现步骤摘要】
背面光耦合超导纳米线单光子探测器件、制备及测试装置
本专利技术属于光探测
，涉及一种背面光耦合超导纳米线单光子探测器件、制备及测试装置。
技术介绍
超导纳米线单光子探测器(Superconductingnanowiresinglephotondetector，SNSPD)是近十几年发展起来的新型单光子探测技术，其相对于半导体探测器的最大的优势就是其超高的探测效率、快速响应速度以及几乎可以忽略的暗计数，且光谱响应范围可覆盖可见光至红外波段。2001年，莫斯科师范大学Gol’tsman小组首先利用5nm厚的NbN超薄薄膜制备了一条200nm宽的超导纳米线，成功实现了可见光到近红外波段的单光子探测，开启了超导纳米线单光子探测器的先河。此后，欧、美、俄、日等多个国家和研究小组纷纷开展了对SNSPD的研究。经过十余年的发展，SNSPD在1.5μm波长的探测效率从开始的不足1％已经提升到70％以上，甚至超过90％，远超过半导体单光子探测器的探测效率。除此之外，其在暗计数、低时间抖动、高计数率等方面的优异性能已经在众多应用领域得到了验证。因此，在近红外波段附近具有优良性能表现的SNSPD无疑为激光雷达、量子信息等应用提供了很好的工具。目前SNSPD已成为超导电子学和单光子探测领域的研究热点，并有力的推动了量子信息、激光雷达等领域的科技发展。国际上SNSPD领域研究著名机构包括，美国的MIT、JPL、NIST、日本的NICT、俄罗斯的MSPU等。目前光纤通信波段1550nm，探测效率最高的器件为美国NIST采用极低温超导材料WSi(工作温度<1K)研发，探测效率高达93％，而采用低温超导材料NbN(工作温度>2K)研发的SNSPD最高探测效率也达到了80％以上。除科研机构外，国际上目前已有6家主要从事SNSPD相关技术产品的公司。随着SNSPD技术发展，近年来其应用范围从1550nm波段延伸到可见及近红外其他波段。一方面体现在研究人员对不同波段探测器的需求日益增加，另一方面多波光的应用需要探测器同时实现几个不同波长的高效探测。现有的单光子探测器有两种典型器件结构，即基于镜面结构(金属反射镜或介质高反膜结构反射镜)的正面光耦合器件及基于光学腔的背面光耦合器件。其光耦合方式按照光传输到光敏面的方式分为自空间光耦合、光纤耦合和波导耦合这三种主要方式，由于受限于SNSPD的工作环境需要液氦温度以下，其中基于光纤耦合方式的SNSPD是目前应用最为广泛的。SNSPD在进行光纤耦合时，主要依靠机械调节法进行固定封装，并使用光学方式观察光斑与光敏面，即将光纤出射的光斑打到SNSPD光敏面上，在显微镜下，通过调节光纤端面和SNSPD光敏面的相对位置，然后机械固定光纤与SNSPD的位置，进行光耦合测试。然而，现有的背面光耦合超导纳米线单光子探测器件无法直接观测光敏面，且由于G-M制冷在工作中存在有一定频率的机械运动，测试装置需要经历从室温到液氦温区的升降温，则测试装置材料本身的热胀冷缩会导致光纤出射的光斑在低温下有几率出现偏移(通常为μm量级)。因此，提供一种背面光耦合超导纳米线单光子探测器件、制备及测试装置，以解决背面光耦合超导纳米线单光子探测器件无法直接观测光敏面的缺点，提高光耦合对准精度，减小光耦合测试中升降温存在的随机光斑偏移问题，实现高稳定性的自对准光耦合，实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种背面光耦合超导纳米线单光子探测器件、制备及测试装置，用于解决现有技术中在对背面光耦合超导纳米线单光子探测器件进行光耦合时所存在的上述一系列的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种背面光耦合超导纳米线单光子探测器件，所述背面光耦合超导纳米线单光子探测器件包括：器件光敏区域；定位环，所述定位环包括至少一个定位环开口，所述定位环贯穿所述超导纳米线单光子探测器件，且所述定位环位于所述器件光敏区域外围。可选地，所述器件光敏区域的中心还包括标记刻度尺，通过所述标记刻度尺将对光精度量化。可选地，所述定位环的中心与所述器件光敏区域的中心位于同一垂线上。本专利技术还提供一种制备背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的方法，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底包括第一表面及与所述第一表面对应设置的第二表面；于所述衬底的第一表面上形成超导纳米线；于所述衬底的第一表面上形成金属反射镜光学腔；于所述衬底的第二表面上形成光刻胶，图形化所述光刻胶，且以图形化的所述光刻胶作为掩膜，进行刻蚀，形成定位环，其中，所述定位环贯穿所述超导纳米线单光子探测器件，所述定位环包括至少一个定位环开口，且所述定位环位于器件光敏区域外围。可选地，所述器件光敏区域的中心还包括标记刻度尺，所述标记刻度尺在形成所述超导纳米线的同时形成，且所述标记刻度尺显露于所述金属反射镜光学腔，以通过所述标记刻度尺将对光精度量化。本专利技术还提供一种用于测试上述背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的测试装置，所述测试装置包括：封装件，所述封装件包括第一部件及第二部件，所述第一部件包括槽体，所述槽体与所述定位环对应设置，所述第二部件包括贯通孔，所述贯通孔显露所述器件光敏区域及定位环，所述第一部件与所述第二部件之间包括容纳所述背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的容纳空间，且所述容纳空间与所述槽体及贯通孔相连通；套管，所述套管包括第一端及对应的第二端，所述套管的第一端与所述槽体对应设置，且所述套管的第一端经所述贯通孔及容纳空间与所述槽体相连接，所述套管的第二端与光纤插头相连接。可选地，所述容纳空间位于所述第一部件内，所述第二部件包括PCB电路板，且所述PCB电路板与所述背面光耦合超导纳米线单光子探测器件电连接。可选地，所述光纤插头的中心、所述套管的中心、所述容纳空间的中心与所述槽体的中心位于同一垂线上。可选地，所述套管及封装件的材质包括陶瓷或金属。可选地，所述第一部件与所述第二部件的连接方式包括卡固、销固及螺纹连接中的一种或组合；所述套管与所述光纤插头的连接方式包括紧配合，所述套管与所述槽体的连接方式包括紧配合。如上所述，本专利技术的背面光耦合超导纳米线单光子探测器件、制备及测试装置，通过制备具有特殊形貌的背面光耦合超导纳米线单光子探测器件及设计用于测试背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的测试装置，使得背面光耦合超导纳米线单光子探测器件固定于封装件中，并通过套管与封装件及光纤插头的连接，使得光纤插头的中心与背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的中心位于同一垂线上，从而实现光纤出射光与背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的自对准；且通过在器件光敏区域的中心制备标记刻度尺，可通过标记刻度尺将对光精度量化。本专利技术解决了背面光耦合在对光中存在无法直接观测光敏面的缺点，测试装置采用低热膨胀系数材质，且套管以紧配合方式连接，从而大大减小光耦合测试中升降温存在的随机光斑偏移，减小系统性的对光误差，实现高稳定性的自对准光耦合，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背面光耦合超导纳米线单光子探测器件，其特征在于，所述背面光耦合超导纳米线单光子探测器件包括：/n器件光敏区域；/n定位环，所述定位环包括至少一个定位环开口，所述定位环贯穿所述超导纳米线单光子探测器件，且所述定位环位于所述器件光敏区域外围。/n

【技术特征摘要】
1.一种背面光耦合超导纳米线单光子探测器件，其特征在于，所述背面光耦合超导纳米线单光子探测器件包括：
器件光敏区域；
定位环，所述定位环包括至少一个定位环开口，所述定位环贯穿所述超导纳米线单光子探测器件，且所述定位环位于所述器件光敏区域外围。


2.根据权利要求1所述的背面光耦合超导纳米线单光子探测器件，其特征在于：所述器件光敏区域的中心还包括标记刻度尺，通过所述标记刻度尺将对光精度量化。


3.根据权利要求1所述的背面光耦合超导纳米线单光子探测器件，其特征在于：所述定位环的中心与所述器件光敏区域的中心位于同一垂线上。


4.一种制备背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底，所述衬底包括第一表面及与所述第一表面对应设置的第二表面；
于所述衬底的第一表面上形成超导纳米线；
于所述衬底的第一表面上形成金属反射镜光学腔；
于所述衬底的第二表面上形成光刻胶，图形化所述光刻胶，且以图形化的所述光刻胶作为掩膜，进行刻蚀，形成定位环，其中，所述定位环贯穿所述超导纳米线单光子探测器件，所述定位环包括至少一个定位环开口，且所述定位环位于器件光敏区域外围。


5.根据权利要求4所述的制备背面光耦合超导纳米线单光子探测器件的方法，其特征在于：所述器件光敏区域的中心还包括标记刻度尺，所述标记刻度尺在形成所述超导纳米线的同时形成，且所述标记刻度尺显露于所述金属反射镜光学腔，以通过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，周后荣，尤立星，王镇，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31