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基于非对称法布里-珀罗腔结构的3~5μm高光吸收率超导纳米线单光子探测器优化设计

激光与光电子学进展 2022年第17期59卷 71-76页

作者：赵雨辰田浩豆建华原艳宁席晓莉西安理工大学自动化与信息工程学院陕西西安710048

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... 详细信息

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。

关键词：探测器超导纳米线单光子探测器宽带光吸收非对称法布里-珀罗腔分布式布拉格光栅 3~5μm

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