Квантовая эффективность сверхпроводникового однофотонного детектора на основе тонкой плёнки NbN

• Автор: Корнеева, Юлия Петровна
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 201 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений

Введение

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи

1.1 Существующие приборы и методы для однофотонного детектирования

1.2 Механизм отклика сверхпроводниковых однофотонных детекторов БЭРР

1.3 ЭБРО в виде параллельных полос

1.4 ЭЭРБ, интегрированный в четвертьволновый резонатор

1.5 Выбор объекта исследования и постановка задачи

Глава 2. Технология изготовления образцов

2.1 Установки и резисты для изготовления исследуемых образцов .

2.2 Технология изготовления образцов в виде параллельных полосок
2.3 Технология изготовления образцов, интегрированных в четвертьволновый резонатор
2.4 Выводы
Глава 3. Методика эксперимента
3.1 Методика измерения квантовой эффективности и скорости темно вого счета
3.2 Методика исследования спектральной чувствительности образцов

3.3 Методика исследования отклика образца в виде параллельных полое на одиночные фотоны с длиной волны 10 мкм
3.4 Методика анализа статистики интервалов времени между фотоотсчётами
3.5 Выводы
Глава 4. Квантовая эффективность ЭЭРО в виде меандра
4.1 Исследование спектральной зависимости квантовой эффективности ЭБРЭ в виде меандра в магнитном поле
4.2 Исследование спектральной зависимости квантовой эффективности от ширины сверхпроводящей полоски и тока смещения
4.3 Выводы
Глава 5. Сверхпроводниковый однофотонный детектор в виде
параллельных полосок
5.1 Фотоотклик сверхпроводникового однофотонного детектора в виде параллельных полосок
5.2 Численное моделирование фотоотечётов и темновых отсчётов образца
5.3 Статистическое исследование распределения интервалов времени между двумя последовательными фотооткликами
5.4 Выводы
Глава 6. Однофотонный детектор с четвертьволновым резонатором
6.1 Оптический четвертьволновый резонатор и матричный метод
для расчета многослойных структур
6.2 Исследование спектральной зависимости ЭБРО, интегрированного в микрорезонатор

6.3 Выводы
Заключение
Список публикаций автора
Литература

В первоначальной модели, описанной в [27], предполагался простейший механизм возникновения резистивного состояния: после поглощения фотона и образования нормального домена («горячего пятна») транспортный ток перераспределяется по оставшемуся сверхпроводящему сечению плёнки. В результате этого плотность тока j в узких «проходах» вокруг пятна становится выше критической плотности тока jc, и всё сечение сверхпроводящей полоски перекрывается резистивной областью, что приводит к появлению напряжения между концами полоски. Значение тока I, при котором плотность тока между пятном и границами плёнки локально достигает критического значения, может быть оценено по формуле:
= 1 - —, (1-6)

где /с - критический ток полоски, В - радиус нормального пятна, ги - ширина плёнки. В простейшей модели радиус может быть найден, если приравнять энергию конденсации в области размером 7гЛ2о? (с? - толщина плёнки) к энергии поглощённого фотона /гс/А.
Предложенная модель хоть и объясняла качественно механизм возникновения резистивности, количественно плохо согласовывалась с результатами экспериментов. В частности, и теоретическая оценка размера «горячего пятна» из решения уравнения 1.1, и экспериментальная оценка его размера давали значение 8,5 - 9 нм для фотонов с длиной волны 1,2 мкм. Данная величина порядка или меньше длины когерентности, это означает, что резистивное состояние не должно образовываться. Тем не менее, в экспериментах однофотонный отклик наблюдается на длинах волн 1,2 мкм и более [75].
Кроме того, из этой модели следует, что по мере увеличения транспортного тока либо энергии фотона, квантовая эффективность, т.е. вероятность детектирования фотона, должна меняться скачком от 0 до некоторого значения 77, равного коэффициенту поглощения детектора. Однако в экспери-