[發(fā)明專利]一種多通道超導(dǎo)納米線單光子探測器的低溫讀出方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910196427.6
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN109764960B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭凱;趙清源;康琳
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: G01J1/44
• 分類號: G01J1/44
• 代理公司: 蘇州威世朋知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32235
• 代理人: 楊林潔

本發(fā)明公開了一種多通道超導(dǎo)納米線單光子探測器或探測器陣列的低溫讀出方法，包括由超導(dǎo)納米線單光子探測器到由多門控端的超導(dǎo)納米線三端子邏輯器件組成的超導(dǎo)納米線編碼器，再到外部檢測儀器的同軸線和射頻放大回路；所述超導(dǎo)納米線編碼器的輸出信號通過同軸線由低溫工作區(qū)傳輸至室溫環(huán)境；所述超導(dǎo)納米線編碼器具有(2^N?1)個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端。本發(fā)明解決了超導(dǎo)納米線單光子探測器的檢測信號微弱、多通道探測器或探測器陣列輸出端口過多、抗干擾能力不強(qiáng)、傳統(tǒng)室溫讀出方式噪聲大的限制，有效的提高了探測器的工作穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低溫讀出方法，特別涉及一種適用于多通道超導(dǎo)納米線單光子探測器的低溫讀出方法。

背景技術(shù)

超導(dǎo)納米線單光子探測器(superconducting-nanowire single-photondetector,SNSPD)是一種新型的單光子探測器。超導(dǎo)納米線單光子探測器的感光部分使用超導(dǎo)薄膜，例如氮化鈮薄膜，制備成的納米線構(gòu)成。超導(dǎo)納米線單光子探測器工作時(shí)需要被偏置在超導(dǎo)臨界電流之下。當(dāng)納米線條吸收光子后，吸收區(qū)域的超導(dǎo)態(tài)被破壞，在電路上表現(xiàn)為流經(jīng)探測器上電流突然下降。隨后納米線條經(jīng)過冷卻過程，恢復(fù)到初始狀態(tài)。超導(dǎo)納米線單光子探測器吸收光子的過程在電路上表現(xiàn)為一快速上升，隨后指數(shù)衰減的電脈沖。通過將此脈沖信號放大，能夠鑒別單光子的到達(dá)。

傳統(tǒng)的超導(dǎo)納米線單光子探測器室溫讀出方法具有噪聲大、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，因此低溫讀出方式能夠有效地避免常溫下的噪聲耦合到輸出信號中。在傳統(tǒng)的超導(dǎo)納米線單光子探測器室溫讀出電路中，每一個(gè)通道的探測器就要有一根輸出端口接入到常溫下，由于探測速度的制約會導(dǎo)致輸出信號帶寬的浪費(fèi)。

現(xiàn)階段國際上低溫?cái)?shù)字讀出方式使用基于超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)的RSFQ數(shù)字電路，其讀出信號能力較好，但是其電路結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜、工藝制備困難，并且以上讀出方式均是通過磁通方式讀出信號，輸出信號微弱，對外界環(huán)境要求極高，電路需要磁屏蔽，從而保證穩(wěn)定的動作。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種多通道超導(dǎo)納米線單光子探測器的低溫讀出方法，解決了超導(dǎo)納米線單光子探測器的檢測信號微弱、多通道探測器輸出端口過多、抗干擾能力不強(qiáng)、傳統(tǒng)室溫讀出方式噪聲大的限制，有效的提高了探測器的工作穩(wěn)定性。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種適用于多通道超導(dǎo)納米線單光子探測器的低溫讀出方法，包括由探測器到外部檢測儀器的同軸線和射頻放大回路；所述超導(dǎo)納米線編碼器的輸出信號通過同軸線由低溫工作區(qū)傳輸至室溫環(huán)境；所述超導(dǎo)納米線編碼器具有(2^N-1)個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端。

進(jìn)一步的，所述多通道超導(dǎo)納米線單光子探測器和超導(dǎo)納米線編碼器均安裝在制冷裝置的內(nèi)部。

進(jìn)一步的，所述多通道納米線單光子探測器的輸出端和超導(dǎo)納米線編碼器的輸入端在制冷裝置內(nèi)部相連接。

進(jìn)一步的，所述超導(dǎo)納米線編碼器通過制冷裝置同軸線與常溫放大電路相連接。

更進(jìn)一步的，所述多通道超導(dǎo)納米線單光子探測器與超導(dǎo)納米線編碼器集成在同一個(gè)PCB電路板。

更進(jìn)一步的，所述超導(dǎo)納米線編碼器具有(2^N-1)個(gè)輸入端口和N個(gè)輸出端口。

進(jìn)一步的，多個(gè)所述超導(dǎo)納米線編碼器組合后能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯功能，通過將接收到的超導(dǎo)納米線單光子探測器信號進(jìn)行BCD編碼的方式輸出，最終實(shí)現(xiàn)減少傳統(tǒng)室溫讀出電路輸出端口數(shù)的功能。

更進(jìn)一步的，超導(dǎo)納米線編碼器通過BCD編碼比特輸出信息能夠確定響應(yīng)光子的探測器所在位置，編碼輸出的脈沖表明光子到達(dá)探測器的時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)單光子探測器位置信息的數(shù)字讀出功能，并且保證了光子到達(dá)的時(shí)間信息。

進(jìn)一步的，所述超導(dǎo)納米線編碼器輸出端通過SMA接出到室溫環(huán)境中。