近日，中國科學院上海微系統所李浩、尤立星團隊等研制出基于小型液氦杜瓦(工作溫度4.2K)、在1550nm波段系統探測效率超過70%的移動式超導單光子探測系統，為未來開展基于移動平臺(機載、車載等)的高性能單光子探應用鋪平了道路。相關研究成果以《在1550nm波段探測效率超過70%的移動式超導條帶光子探測系統》(Mobile superconducting strip photon detection system with efficiency over 70% at a 1550 nm wavelength)為題，發表在《光學快報》(Optics Express)上。
 

　　超導條帶光子探測器(SSPD，Superconducting strip photon detector)作為高性能的單光子探測器，廣泛應用于量子信息和弱光探測等領域，推動了相關領域的科技進步。然而，SSPD的綜合探測性能依賴于器件的工作溫度(溫度越低，系統探測效率越高)。迄今為止，高效率的SSPD系統通常需要使用GM制冷機(T≤2.5 K)、吸附式制冷機(T≤0.85 K)甚至更低溫度的制冷機。這些系統的質量、體積、功耗等成為限制SSPD在機載等移動平臺應用的關鍵原因。若能在4.2K工作溫度實現高效率SSPD，便可利用小型液氦杜瓦構建小型、低功耗、短時工作的超導單光子探測系統，為無人機、航空等移動平臺應用提供可行的解決方案。
 

　　SSPD的光響應性能與超導薄膜材料的無序度密切相關。利用高無序超導薄膜材料調控技術實現面電阻更高的超導薄膜材料，增強SSPD的探測靈敏度是提升SSPD工作溫度的方法之一。本研究利用面電阻超過600Ω的NbTiN超導薄膜材料實現了4.2K工作溫度近飽和探測效率的SSPD。同時，該工作研發制造了SSPD專用的小型液氦杜瓦，結合基于電池的低功耗電路模塊，實現了探測效率超過70%的移動式單光子探測系統。
 

　　研究工作得到國家自然科學基金和上海市“揚帆計劃”等的支持。
 

(左)液氦杜瓦的系統圖；(右)移動式SSPD系統探測效率和暗計數性能曲線