摘要：与成熟的近红外波段设计相比,3~5μm波长范围内较低的光子能量对于超导纳米线单光子探测器(SNSPD)宽带光吸收特性设计提出了更高的要求。为此,提出了一种中红外波段SNSPD宽带光吸收特性设计方法。以加载SiO_(2)/Au反射腔的超窄纳米线结构SNSPD为例,在通过优化上下腔3层介质层厚度实现2个目标波长处阻抗匹配的基础上,引入介质层总厚度与谐振波长之比作为评价每个谐振波长处带宽特性的指标,更好地取得了阻抗匹配精度与带宽特性之间的平衡,从而达到了双宽带耦合谐振以拓展总体吸收带宽的目的。数值结果表明,所提SNSPD在2928~4856 nm波长范围内对电场分量平行于纳米线的入射光能够吸收至少50%。

摘要：与特定波长处的高吸收率设计不同,3~5μm宽波长范围内超导纳米线单光子探测器的光吸收设计需要更好地兼顾吸收率的峰值大小和带内平坦度。为此,一方面采用超窄NbN纳米线/SiO_(2)腔/分布式布拉格光栅(DBR)来构建基于非对称法布里-珀罗(F-P)腔结构的正面对光器件初始模型;另一方面将SiO_(2)腔、DBR的高折射率层和低折射率层这3个厚度作为优化对象,以3~5μm波长范围内光吸收率的最小值作为优化目标,使用粒子群算法对初始模型进行优化。结果显示,相比于上下腔双谐振波长耦合的思路,基于非对称F-P腔结构并采用了高折射率差DBR的单层NbN纳米线探测器设计,在目标波长范围内光吸收率的最小值提高了40.2%,带内平坦度提高了59.2%。在此基础上的双层NbN纳米线探测器结构不仅可以进一步提高光吸收率的最小值,而且可以在不追求特定波长处高吸收率的情况下将吸收率的最大值提升至0.97以上,达到与双谐振波长耦合方法相当的水平。