本发明专利技术提出一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统，包括测试光源、制冷机和低温读出电路，该系统可以实现不同波段的单光子脉冲响应测试和光谱响应测试，具备不同温度条件的变温测试。该系统利用T型低温偏置器和低温射频放大器，可最大限度降低测试信号的传输衰减，为超导大规模阵列探测器芯片测试提供全新的测试思路。该系统内部各组件均来自成熟的商用器件，完成光路校准和安装后，可持续稳定使用。该系统适用于超导阵列单光子探测器测试领域。域。域。
【技术实现步骤摘要】
一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统
[0001]本专利技术属于超导阵列单光子探测
，具体涉及一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统。
技术介绍
[0002]超导探测器由于其具有高的单光子探测效率、低时间抖动、低暗计数率、超快响应时间等特点，近年来在量子计算、量子通讯、量子弱测量、频率上转换探测等领域得到广泛应用。随着科技的发展，各领域对超导探测器的性能提出新的要求，需要器件具备光子数可分辨和成像演示的能力，因此超导阵列单光子探测器越来越受到人们的关注。此外，相比于成熟的超导纳米线单光子探测器(SNSPD)，不同体系的超导探测器也逐渐进入人们的研究视野，如铁基超导体、铜氧化物超导体等高温超导体，利用上述体系制备出超导阵列单光子探测器。为顺利表征超导阵列单光子探测器的单光子探测性能、像元之间的串扰和光谱响应测试，需要搭建合适的具备多像元测试、多波段测试、测试信号传输损耗低能力的测试系统，为超导阵列单光子探测器研制提供支撑条件。
技术实现思路
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本专利技术提出一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统，以解决测试超导阵列单光子探测器的技术问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统，该测试系统包括测试光源、制冷机和低温读出电路；其中，
[0007]测试光源包括可见光CCD相机、CCD相机视场照明光源、可见光半透半反镜、黑体光源、单色仪、第一准直镜筒、第一反射镜、激光光源、可插拔衰减片、转接头、宽谱光纤、光纤扩束器、第二准直镜筒、第二反射镜、多层集成镜筒和全反射物镜；其中，可见光半透半反镜、第一反射镜和第二反射镜集成在多层集成镜筒中；CCD相机视场照明光源发出可见光，经过可见光半透半反镜，一部分可见光进入全反射物镜，聚焦照射到超导阵列单光子探测器芯片的待测像元光敏面上，再反射进入可见光CCD相机，在视场下找到待测像元；黑体光源发出宽谱段的光，不同波长的光子进入单色仪，通过调节单色仪的光栅，滤出得到特定波长的光子，再经过第一准直镜筒照射到第一反射镜上，经过第一反射镜的反射，特定波长的光子进入全反射物镜，聚焦照射到超导阵列单光子探测器芯片的待测像元光敏面上，配合低温读出电路，实现超导阵列单光子探测器的光谱响应测试；激光光源发出脉冲单色光，经过可插拔衰减片衰减到准单光子源水平，通过转接头、宽谱光纤和光纤扩束器进入到第二准直镜筒，再经过第二反射镜进入全反射物镜，聚焦照射到超导阵列单光子探测器芯片的待测像元光敏面上，配合低温读出电路，实现超导阵列单光子探测器的不同波段单光子脉冲响应测试和串扰测试；
[0008]制冷机包括光窗盖板、样品托、二级冷头、波纹管、高精度三维位移台、温度传感器、温度加热器、无氧铜带、一级冷头、防辐射屏、SMA接头、分子泵、压缩机和水冷机；其中，样品托固定在二级冷头上，样品托内部采用50Ω匹配的微带线，输入和输出端口采用SMA或SMP接口；超导阵列单光子探测器贴在样品托上，待测像元的电极通过引线连接方式与样品托相连，样品托通过SMA接口与低温读出电路相连；二级冷头通过波纹管与高精度三维位移台相连，用于实现待测像元的高精度定位，在多路测试的情况下，调节高精度三维位移台，将不同待测像元切换到聚焦光斑下，实现超导阵列单光子探测器不同像元的连续测试；二级冷头通过无氧铜带与一级冷头相连，一级冷头与外部的压缩机相连，通过氦气进行热交换，达到降温效果；防辐射屏用于罩住超导阵列单光子探测器芯片，隔绝外界辐射；光窗盖板安装在防辐射屏的顶部，用于为超导阵列单光子探测器提供光窗；分子泵用于将制冷机系统内部空间抽至低真空环境；压缩机用于为制冷循环提供动力；水冷机用于为压缩机降温；温度加热器放置在二级冷头上，通过外接温控仪控制测试温度，将低温腔加热至设定温度；温度传感器用于实时监控测试系统的温度；
[0009]低温读出电路包括直流电压源、100kΩ保护电阻、T型低温偏置器、低温射频放大器、低温射频同轴线、常温射频同轴线和示波器；其中，直流电压源依次通过100kΩ保护电阻和T型低温偏置器的一端为超导阵列单光子探测器供电，在脉冲光源照射下，探测器芯片的响应信号由T型低温偏置器的另一端进入低温射频放大器进行放大；低温腔内部选用低温射频同轴，低温腔外部选用常温射频同轴线；放大后的信号通过低温射频同轴线和常温射频同轴线输入到外界的示波器中，读出信号，低温腔内部和外部通过SMA接口连接。
[0010]进一步地，分子泵选用复合分子泵或者涡轮分子泵，用于将制冷机系统内部空间抽至10
‑5pa低真空环境。
[0011]进一步地，无氧铜带的氧含量不大于0.03％，杂质总含量不大于0.05％，铜的纯度大于99.95％。
[0012]进一步地，高精度三维位移台能够实现XYZ三轴手动调节移动，最小移动步径≤1μm，移动范围≥5mm。
[0013]进一步地，低温腔内部和外部通过SMA接口连接，SMA接口的两端为SMA公头。
[0014]进一步地，低温射频放大器采用SiGe材料制备而成。
[0015]进一步地，低温射频同轴线在低温条件下具备50Ω阻抗匹配。
[0016]进一步地，常温射频同轴线在常温条件下具备50Ω阻抗匹配。
[0017]进一步地，示波器的带宽覆盖100kHz
‑
10GHz，用于读出芯片的测试响应信号。
[0018](三)有益效果
[0019]本专利技术提出一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统，包括测试光源、制冷机和低温读出电路，该系统可以实现不同波段的单光子脉冲响应测试和光谱响应测试，具备不同温度条件的变温测试。该系统利用T型低温偏置器和低温射频放大器，可最大限度降低测试信号的传输衰减，为超导大规模阵列探测器芯片测试提供全新的测试思路。该系统内部各组件均来自成熟的商用器件，完成光路校准和安装后，可持续稳定使用。该系统适用于超导阵列单光子探测器测试领域。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例中测试光源组成示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例中制冷机组成示意图；
[0022]图3为本专利技术实施例中低温读出电路组成示意图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。
[0024]本专利技术提出一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统，主要包括测试光源、带变温功能的制冷机和低温读出电路三部分。该系统利用全反射物镜，通过自由光路将入射的不同波长脉冲光源共焦点，同时利用具有变温功能的制冷机调节测试所需温度，并借助三轴位移台实现高精度定位，将聚焦光斑照射到待测像元，最后利用低温读出电路引出芯片测试信号，实现超导阵列单光子探测器不同波段的单光子脉冲响应测试和光谱响应测试。该系统内部的各组件均来自成熟的商用器件，完成光路校准和安装后可持续稳定使用。
[0025]如图1所示，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于超导阵列单光子探测器的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括测试光源、制冷机和低温读出电路；其中，所述测试光源包括可见光CCD相机、CCD相机视场照明光源、可见光半透半反镜、黑体光源、单色仪、第一准直镜筒、第一反射镜、激光光源、可插拔衰减片、转接头、宽谱光纤、光纤扩束器、第二准直镜筒、第二反射镜、多层集成镜筒和全反射物镜；其中，可见光半透半反镜、第一反射镜和第二反射镜集成在多层集成镜筒中；CCD相机视场照明光源发出可见光，经过可见光半透半反镜，一部分可见光进入全反射物镜，聚焦照射到超导阵列单光子探测器芯片的待测像元光敏面上，再反射进入可见光CCD相机，在视场下找到待测像元；黑体光源发出宽谱段的光，不同波长的光子进入单色仪，通过调节单色仪的光栅，滤出得到特定波长的光子，再经过第一准直镜筒照射到第一反射镜上，经过第一反射镜的反射，特定波长的光子进入全反射物镜，聚焦照射到超导阵列单光子探测器芯片的待测像元光敏面上，配合低温读出电路，实现超导阵列单光子探测器的光谱响应测试；激光光源发出脉冲单色光，经过可插拔衰减片衰减到准单光子源水平，通过转接头、宽谱光纤和光纤扩束器进入到第二准直镜筒，再经过第二反射镜进入全反射物镜，聚焦照射到超导阵列单光子探测器芯片的待测像元光敏面上，配合低温读出电路，实现超导阵列单光子探测器的不同波段单光子脉冲响应测试和串扰测试；所述制冷机包括光窗盖板、样品托、二级冷头、波纹管、高精度三维位移台、温度传感器、温度加热器、无氧铜带、一级冷头、防辐射屏、SMA接头、分子泵、压缩机和水冷机；其中，样品托固定在二级冷头上，样品托内部采用50Ω匹配的微带线，输入和输出端口采用SMA或SMP接口；超导阵列单光子探测器贴在样品托上，待测像元的电极通过引线连接方式与样品托相连，样品托通过SMA接口与低温读出电路相连；二级冷头通过波纹管与高精度三维位移台相连，用于实现待测像元的高精度定位，在多路测试的情况下，调节高精度三维位移台，将不同待测像元切换到聚焦光斑下，实现超导阵列单光子探测器不同像元的连续测试；二级冷头通过无氧铜带与一级冷头相连，一级冷头与外部的压缩机相连，通过氦气进行热交...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐强，谢修敏，胡卫英，陈德春，刘艳辉，袁菲，张伟，宋海智，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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