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博士生郑敬元关于引入SNSPD阵列级联吸收效应的重建式光子计数光谱仪的论文在期刊Advanced Devices & Instrumentation期刊发表

超导纳米线单光子探测器(SNSPDs)可在多种材料衬底上与片上光子结构混合集成,便于实现复杂单光子探测功能的芯片集成。面向微弱光探测的光子计数光谱仪是混合集成超导纳米线探测器的一个有趣的应用。近年来,有数个结合SNSPDs和微纳光子结构实现光子计数光谱仪的工作被报道。在这些工作中,微纳光子结构在实现SNSPD响应谱调制的同时不可避免的会引入光子的散射损失,这限制了微弱光探测的光子利用率。一个有趣的问题是,如何实现原理上没有光子损失的SNSPD光谱调制机制。我们与中国科学院上海微系统与信息技术研究所(SIMIT)团队合作,提出了一种引入SNSPD阵列级联吸收效应的重建式光子计数光谱仪。这个器件设计中,不同波长的光子被片上罗兰光栅衍射到聚焦区域的不同位置。SNSPD阵列横穿聚焦区域,每条SNSPD的盘绕图形采用不同设计,通过线的密度调控SNSPD在不同位置的吸收。每条SNSPD的探测谱响应则由其形状和前级纳米线的级联吸收效应共同决定。基于此机制,该器件设计中每条SNSPD的探测谱响应可灵活设计,实现重建式光子计数光谱仪功能。在探测过程中光子会被SNSPD阵列级联吸收,实现原理上无光子损失的探测。我们设计并制备出了原型器件实验验证了该器件原理的可行性,测试结果表明原型器件在1495 nm至1515 nm波长范围内可实现光谱的测量和重建,波长分辨率达到0.4 nm。这项研究为发展高光子利用率的光子计数光谱仪提供了一种有趣且可行的思路。

这一工作于2023年9月6日在以An on-chip photon-counting reconstructive spectrometer with tailored cascaded detector array为题发表在期刊Advanced Devices & Instrumentation上。博士生郑敬元与来自SIMIT的博士生肖游是论文的共同第一作者,张巍教授是论文通讯作者。Advanced Devices & Instrumentation是Science合作伙伴期刊,由Science和北京航天控制设备研究所(BIACD)联合出版,由美国科学促进会(AAAS)发行。它的主旨是促进电子学和光子学各个层面的高影响力突破和应用进步,包括面向功能集成的器件,系统和仪器仪表。

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2023年10月24日

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