超导纳米线单光子响应机理研究

Single photon response mechanism of superconducting nanowire has been wildly studied in these years, but still there is no clear explanation. In this project,the theoretical mechanism including quasiparticle and vortex model will be analyzied and improved, and a novel response mechanism model will be proposed.The novel mechanism will be demonstrated experimentally by testing the dark counts or cutoff wavelengths. This research provides a brand new solution for the single photon response. Furthermore, it is an inspiring attempt to explore the whole dynamic response of superconducting nanowire single photon detector(SNSPD) by combining the novel response mechanism and electro-thermal feedback mechanism together, which may benefit the performance of SNSPD such as detection efficiency, dark count,count rate and so on.Therefore, this study is of highly important scientific significances and applicaion values.

近年来国内外对超导纳米线单光子响应机理进行了的大量研究，但是始终没有一个明确的解释。本项目将在准粒子模型以及涡旋模型的基础上，通过分析各理论模型差异与优势，构建简单可行的理论模型，探索超导纳米线单光子响应机制。实验上，依托本课题组雄厚的工艺加工和测试能力，通过测量暗计数，截止波长等验证理论模型的合理性。本项目通过理论模型的创新，探究单光子响应机制；同时通过将该响应机制与热电反馈机制结合，积极探索超导纳米线单光子探测的完整动态响应过程，对后续提升超导纳米线单光子探测器件性能（探测效率、暗计数、计数率等）具有重要作用。因而，本项目研究具有重要的科学意义和应用价值。

近年来国内外对超导纳米线单光子响应机理进行了的大量研究，但是始终没有一个明确的解释。本项目在准粒子模型以及涡旋模型的基础上，通过分析各理论模型差异与优势，构建了热点准粒子模型，探索超导纳米线单光子响应机制，实现了光子响应的动态模拟，同时研究了光子吸收效率，探究了超导纳米线器件闩锁等现象产生的机理。实验上，依托本课题组雄厚的工艺加工和测试能力，通过测量暗计数，截止波长、光子响应热弛豫时间等探究了理论模型的合理性。项目执行期间主要取得以下研究成果：.1)以热点模型为基础，考虑准粒子等因素对纳米线光子响应影响，构建热点-准粒子模型，对于不同波段光子响应特性研究具有重要意义。基于本模型，通过与热电反馈过程的结合实现光子响应的完整动态响应过程模拟。.2)实验上制备不同线宽、不同类型器件，通过不同波段光子响应、热弛豫时间等因素探究了热电准粒子模型响应机制。.3)基于本项目研究实现高性能SNSPD器件，已成功应用于量子信息技术、卫星激光测距等应用中。.4)共发表受本项目标注论文18篇，其中第一作者论文3篇，共同第一作者论文2篇，第一标注本项目论文2篇；共申请专利12项，其中授权专利2项，授权国际专利1项；项目执行期间，培养博士生3人。.本项目通过理论模型的创新，探究单光子响应机制；同时通过将该响应机制与热电反馈机制结合，积极探索超导纳米线单光子探测的完整动态响应过程，对后续提升超导纳米线单光子探测器件性能（探测效率、暗计数、计数率等）具有重要作用。