电感型光学超导转变边沿探测器件光学谐振腔设计

为提高电感型光学超导转变边沿探测器件的探测效率,针对波长633 nm的光子,厚度15 nm的铌(Nb)膜光子吸收层,设计了一种基于Al全反射层、SiO2和SiNx减反层的谐振腔结构。通过仿真,选取低反射率参数分布区间,利用终点探测曲线作为谐振腔性能的判断依据,通过磁控溅射工艺和化学气相沉积工艺制备了谐振腔,并使用分光光度计测试了反射率,结果表明:制备的谐振腔可将633 nm光波反射率降低至0.9%,并对506~690 nm宽波段光也有良好的减反效果(反射率<1%)。

超导转变边沿单光子探测器研究进展

单光子探测技术作为推动前沿科技发展的重要支撑技术之一,在核物理学中微子观测、绿色荧光蛋白检测、用于生物成像的超高分辨率显微镜以及量子信息通信等领域中均发挥着重要作用。因此,更高性能单光子探测器的研制一直受到极大关注。与传统单光子探测器相比,超导转变边沿单光子探测器在量子效率、暗计数、能量分辨和光子数分辨等方面提供了更加卓越的性能。本文从超导转变边沿单光子探测器的工作原理、性能测试系统、主要性能及研究进展等方面进行了简要综述,对该探测器未来的研究具有重要的参考意义。

超导转变边沿探测器梁架尺寸估算方法

由于具有极低的噪声等效功率,超导转变边沿探测器(transition edge sensor,TES)近年来被广泛地应用于国际各个宇宙微波背景辐射(cosmic microwave background,CMB)极化观测项目中.为保证探测器工作在性能最佳区间,探测器饱和功率值需根据观测地点气象条件及观测波段进行调整,而探测器梁架结构尺寸直接决定了饱和功率大小.因工艺差异等原因,不同加工方案下得到的梁架尺寸参数往往不能直接用于横向比对.在之前的观测项目中,一般先加工出一系列不同尺寸器件并逐一测量,然后通过拟合实测饱和功率与梁架尺寸的关系推测实际需要尺寸.为了与目标值匹配,往往需要多次加工迭代过程.本文使用边界限制的声子输运模型,成功整合了之前观测项目中的器件参数,对TES梁架尺寸进行预估.并按照预估值首次在国内制备了用于探测CMB极化信号的TES探测器芯片.测量表明参数与目标值相差较小.该方法可以很好地对同类TES探测器尺寸进行估计,对之后TES探测器的设计有指导性意义.

超导转变边沿单光子探测器原理与研究进展

量子信息技术近十多年来的快速发展对单光子探测器的性能提出了更高的要求,高性能单光子探测器也因此受到了更多的关注.与传统的单光子探测器相比,超导转变边沿(TES)单光子探测器在探测效率、能量分辨、光子数分辨和暗计数等方面具有突出优势.目前,超导TES单光子探测器已经被成功地应用在量子光学实验和量子密钥分配系统中,未来在量子信息技术等研究领域具有更广泛的应用.本文从超导TES单光子探测器的工作原理、制备流程、测试系统、主要性能指标以及研究现状和进展等方面对该探测器技术进行简要综述.

柔性超导电路制备工艺技术研究

超导转变边沿探测器是坎德拉单位量子化复现和单能X射线量子计量的核心器件。大规模超导转变边沿探测器阵列探头的信号读出需利用柔性超导电路将信号传输至探头侧面的超导量子干涉器件。柔性超导电路是将超导信号线制备在柔性聚酰亚胺衬底上以实现信号低热导率、无阻传输。以硅片作为临时支撑,电子束蒸发100 nm Cr膜作为剥离牺牲层。非光敏聚酰胺酸旋涂在Cr膜上固化后,通过紫外曝光、溅射薄膜沉积和剥离等工艺制备Nb/Al薄膜传输线结构,利用Cr膜高应力特性将聚酰亚胺薄膜从硅片上剥离,湿法腐蚀Cr膜完成柔性超导电路的制备。测试的40根Nb/Al传输线的超导转变温度T_(c)为8.91~9.02 K,剩余电阻比r_(RR)为5.83~6.96。温度为8 K时,38根传输线临界电流I_(c)超过1 mA;温度为4.2 K时,所有样品I_(c)均超过1 mA,其中有25根传输线I_(c)超过10 mA,满足超导转变边沿探测器阵列测试需求。

具有Washer型输入线圈的超导量子干涉放大器的制备与表征

超导量子干涉仪(SQUID)放大器具有低输入阻抗、低噪声、低功耗等优点,目前被广泛用于微弱信号的检测领域.与其他工艺相比,Nb/Al-Al Ox/Nb结构的约瑟夫森结具有相对较高的转变温度(Tc)、高的磁通电压调制系数以及良好的热循环能力、较宽的临界电流范围,因此是制备SQUID放大器的很好选择.设计并制作了欠阻尼、过阻尼约瑟夫森结以及具有Washer型输入线圈的单SQUID放大器,通过在He3制冷机3 K温区下对器件电流-电压特性进行测量,得到良好的结I-V特性曲线、SQUID调制特性,初步实现利用SQUID进行放大作用,并计算了SQUID的电流分辨率.此项工作对于超导转变边沿传感器读出电路的实现具有重要的意义.