Этот метод позволяет SSPD с широкополосной высокой эффективностью обнаружения отклонять определенную длину волны и эффективен для мультидисциплинарных приложений в таких областях, как квантовая криптография, флуоресцентная спектроскопия и дистанционное зондирование, которые требуют высокой эффективности в точном спектральном диапазоне и сильного подавления сигнала в других областях. длины волн.
Это достижение было опубликовано в Scientific Reports (Nature Publishing Group) 24 октября 2016 г. Отмеченные результаты частично получены в рамках программ JST-SENTAN и AMED-SENTAN с апреля 2015 г.
Достижения
Мы разработали SSPD на диэлектрических многослойных слоях и метод их оптического конструирования, которые позволяют нам рассчитывать различные зависимости оптического поглощения от длины волны путем оптимизации многослойного диэлектрика.
Для достижения высокой эффективности обнаружения в SSPD крайне важно оптимизировать оптическое поглощение для целевой длины волны. В обычных SSPD используется простая структура резонатора, состоящая из диэлектрических резонансных слоев с зеркальным слоем. Эта структура относительно проста и может эффективно обеспечивать высокое поглощение на целевой длине волны, а зависимости поглощения от длины волны показывают структуру с одним пиком.
Однако в этой структуре сложно реализовать SSPD с высокой эффективностью в тщательно контролируемом спектральном диапазоне с подавлением на других длинах волн для уменьшения шумов.
Приняв новую структуру SSPD с диэлектрическими многослойными слоями, стало возможным рассчитать желаемые зависимости оптического поглощения от длины волны. В качестве материалов диэлектрического многослойного материала использовались диоксид кремния (SiO2) и оксид титана (TiO2), а сверхпроводящая нанопроволока нитрида ниобия (NbN) наносилась на диэлектрический многослойный слой.
Зависимость оптического поглощения в нанопроволоке от длины волны может быть рассчитана путем оптимизации количества и толщины каждого слоя в диэлектрической многослойной. Мы разработали SSPD на основе оптимизированной конструкции и экспериментально продемонстрировали, что зависимости эффективности обнаружения от длины волны хорошо соответствуют расчетным результатам. Что касается метода проектирования оптики, чтобы эффективно оптимизировать зависимость коэффициента поглощения от длины волны, мы выполняем двухэтапное моделирование оптического многослойного расчета и анализа методом конечных элементов.
В поддержку измерений SSPD команда NICT сотрудничала с Университетом Осаки, Япония, и Университетом Глазго, Шотландия, в рамках схемы стажировки NICT.
Будущие перспективы
Разработанный SSPD с диэлектрическим многослойным и оптическим методом проектирования может применяться для широкой области длин волн между ультрафиолетом и средним инфракрасным светом, и, таким образом, обеспечивает важную основу для разработки применения SSPD в квантовой криптографии, флуоресцентной спектроскопии и дистанционном зондировании.