超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种量子极限灵敏度的光探测器。它的基本原理是利用光子能量实现超导纳米线库珀对的拆对, 从而在超导纳米线局域发生超导-非超导相变。和传统半导体单光子探测器相比, 具有探测效率高、暗计数低、时间抖动小、死时间短、宽谱响应以及自由运行等优势。高性能SNSPD已经在量子信息、激光通信、激光雷达等领域得到了广泛应用。文中概述了过去几年间国内外在SNSPD研发、应用成果及产业化等方面的进展, 并对SNSPD未来的技术发展和应用进行了展望。

为了提高超导纳米线单光子探测系统(SNSPD)的探测效率，搭建了超导纳米线单光子探测系统，研究了该系统的光耦合结构及该结构随温度降低而发生的变化。首先，测量了SNSPD在不同电流下的量子效率，确定了器件的性能。然后，提出了两种不同的光纤直接对准的器件封装方法，这些方法可以在室温下自主控制光纤端面与器件表面的距离(gap)。考虑封装材料的热胀冷缩，gap在温度变化时有很明显的变化，研究了温度变化对gap的影响。最后，提出通过改变入射光的波长来观察器件表面反射光光强的周期性波动，从而精确测量不同温度下gap的大小。实验结果表明，对于两种不同的光耦合结构，gap在温度降低270 K以后分别减小了4.1 μm和17 μm。理论计算和实验数据基本吻合，可为未来器件封装和新型封装结构的设计提供参考依据。