近日，中國科學院上海微系統所李浩、尤立星團隊和賦同量子科技（浙江）有限公司合作，成功研制了基于小型液氦杜瓦（工作溫度4.2K）、在1550nm波段系統探測效率超過70%的移動式超導單光子探測系統，為未來開展基于移動平臺（機載、車載等）的高性能單光子探應用鋪平了道路。相關研究成果以《在1550nm波段探測效率超過70%的移動式超導條帶光子探測系統（Mobile superconducting strip photon detection system with efficiency over 70% at a 1550 nm wavelength）》為題，發表在Optics Express上。
超導條帶光子探測器（SSPD：Superconducting strip photon detector）作為高性能的單光子探測器，廣泛地應用于量子信息和弱光探測等領域，有力地推動了相關領域的科技進步。然而SSPD的綜合探測性能顯著地依賴于器件的工作溫度，溫度越低，系統探測效率越高。迄今為止，高效率的SSPD系統通常需要使用GM制冷機(T≤2.5 K)、吸附式制冷機(T≤0.85 K)甚至更低溫度的制冷機，這些系統的質量、體積、功耗等成為了限制SSPD在機載等移動平臺應用的關鍵原因。如果能在4.2K工作溫度實現高效率SSPD，便可以利用小型液氦杜瓦構建小型、低功耗、短時工作的超導單光子探測系統，為無人機、航空等移動平臺應用提供可行的解決方案。
SSPD的光響應性能與超導薄膜材料的無序度密切相關，利用高無序超導薄膜材料調控技術實現面電阻更高的超導薄膜材料，增強SSPD的探測靈敏度是提升SSPD工作溫度的方法之一。在本項目中，研究人員利用了面電阻超過600Ω的NbTiN超導薄膜材料實現了4.2K工作溫度近飽和探測效率的SSPD。同時研發制造了SSPD專用的小型液氦杜瓦，結合基于電池的低功耗電路模塊，實現了探測效率超過70%的移動式單光子探測系統。
圖：（左）液氦杜瓦的系統圖；（右）移動式SSPD系統探測效率和暗計數性能曲線
論文第一作者為上海微系統所副研究員張孝富，第二作者為上海微系統所博士研究生馬若巖。通訊作者為上海微系統所張孝富、尤立星。該研究得到了國家自然科學基金、上海市揚帆計劃等項目的支持。
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https://doi.org/10.1364/OE.501552
