本文關(guān)鍵詞：超導(dǎo)單光子探測器中光吸收結(jié)構(gòu)的研究

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【摘要】：工作于近紅外波段的超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPD)具有探測效率高、暗計數(shù)低、計數(shù)速率快等優(yōu)點,可應(yīng)用于量子通信和激光測距等領(lǐng)域。SNSPD因其納米線的曲折線結(jié)構(gòu)而具有極化敏感性,對電場極化方向平行于納米線的入射光(TE波)吸收率高于對電場極化方向垂直于納米線的入射光(TM波)吸收率。當(dāng)我們需要利用這種極化敏感性時(如遙感成像的偏振測定和散射介質(zhì)中的偏振成像),則需要增大TE波吸收率和TM波吸收率的比值PER；當(dāng)我們要進行光的強度探測時,就要盡可能減弱極化敏感性。本論文圍繞高效超導(dǎo)單光子探測器的極化敏感特性展開,分析了影響NbN納米線TE和TM吸收率的因素,同時設(shè)計了兩種不同的光吸收結(jié)構(gòu)來提高探測器的極化敏感性和降低探測器的極化敏感性。主要成果如下：第一,我們把具有極化選擇性的耦合反對稱分裂環(huán)加載到SNSPD上,抑制器件對TM波的吸收,同時由于光學(xué)腔的作用,器件對TE波吸收高達85.5%,極化消光比PER為585。此外該器件納米線寬度120nm,間隙480nm,占空比小,易于制備。通過詳細地分析器件的工作原理和設(shè)計方法,我們給出優(yōu)化器件性能的嚴(yán)密步驟,對于其他工作波長的器件有相當(dāng)大的參考價值。第二,我們把高反射率的布拉格鏡引入1550nm波段的SNSPD器件設(shè)計中,該器件的TE吸收率高達98%,但是TM吸收率低。為消除NbN納米線本身的極化敏感性,我們在NbN納米線上方覆蓋一層Si膜(20nm),同時調(diào)節(jié)NbN納米線下方的SiO2厚度(159nm),使得NbN納米線對TE波的吸收率和TM波的吸收率同時達到95%。除了仿真結(jié)果外,我們也提供了部分實驗數(shù)據(jù),包括14對Nb2O5/SiO2的反射譜和粗糙度,以及在布拉格鏡上生長6nm的NbN薄膜的方阻和臨界溫度等。第三,從電磁場理論和薄膜光學(xué)理論出發(fā),推導(dǎo)出適用于SNSPD模型的多層膜傳輸矩陣,并給出反射率、透射率和吸收率的表達式。經(jīng)過MATLAB編寫程序,驗證了基于布拉格鏡的SNSPD和雙面腔結(jié)構(gòu)的SNSPD的吸收譜,該方法所需時間只有FDTD仿真軟件的1/83。
【關(guān)鍵詞】：超導(dǎo)單光子探測器 極化敏感性 耦合反對稱分裂環(huán) 布拉格鏡 傳輸矩陣法
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN15
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-22
• 1.1 SNSPD的主要性能參數(shù)9-10
• 1.2 增大光吸收效率的方法10-17
• 1.3 耦合效率的提高17-18
• 1.4 SNSPD的應(yīng)用18-19
• 1.5 本文的研究目的和論文框架19-22
• 第二章 利用耦合反對稱SRR實現(xiàn)極化敏感單光子探測器22-31
• 2.1 原理介紹22-23
• 2.2 設(shè)計方法23-28
• 2.3 進一步優(yōu)化28-29
• 2.4 容錯度分析29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第三章 基于布拉格反射鏡的極化非敏感單光子探測器31-43
• 3.1 FDTD仿真31-33
• 3.2 極化非敏感器件33-35
• 3.3 實驗部分35-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第四章 傳輸矩陣法分析TE波入射的超導(dǎo)單光子探測器43-55
• 4.1 傳輸矩陣法43
• 4.2 多層膜傳輸矩陣的求導(dǎo)43-46
• 4.3 NbN納米線和Ag的折射率46-47
• 4.4 Matlab程序設(shè)計47-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 總結(jié)和展望55-57
• 參考文獻57-63
• 碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和申請專利63-64
• 致謝64-65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 He-Yu Yin;Han Cai;Ri-Sheng Cheng;Zheng Xu;Zhen-Nan Jiang;Jian-She Liu;Tie-Fu Li;Wei Chen;;Polarization independent superconducting nanowire detector with high-detection efficiency[J];Rare Metals;2015年02期

2 李鐵夫;游建強;劉建設(shè);李志堅;;Decoherence of qubits: results beyond Markovian approximation[J];Chinese Physics B;2009年02期

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本文編號：1046430