超导纳米线单光子探测器光致闩锁（latching）机理研究

Superconducting nanowire single-photon detector (SNSPD) is liable to suffer from latching in various applications. Illumination-induced latching (I-I-L), which differs from the latching caused by the low τe（τe =Lk/RL）or surging noises from the circuit, is supposed to associate with the suppression of the switching current (Isw). In this project, latching under various illumination powers will be investigated firstly. Then the correlations between I-I-L and the parameters of the device, and whether I-I-L is related to the temperature variations, will be revealed. Also, the dynamic range of the device and its relationship with I-I-L will be studied. Further, the mechanism of the I-I-L for SNSPD will be illustrated based on the studies above and the dynamics of single-photon response.

闩锁（latching）是超导纳米线单光子探测器（SNSPD）在应用中经常遇到的问题。与τe（τe =Lk/RL）过小以及电路噪声干扰造成的latching不同，光致latching可能与光辐照下转变电流（Isw）的压缩有关。本项目将研究光强与latching的关联、分析光致latching与器件自身参数以及温度变化的关联、探究器件的动态范围及光致latching对其影响。在这三方面的研究的基础上，结合单光子响应机制，阐明SNSPD光致latching的机理。

在实际应用中，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）经常容易遭受闩锁（latching）。除电热反馈导致的闩锁外，强光也会导致SNSPD闩锁，称为光致闩锁。光致闩锁已经成为制约SNSPD同时满足高计数率与高效率的瓶颈，而其机理尚不明确。本项目通过研究光强与latching的相互关联特性，分析了不同辐照光强对器件转变电流的压缩，以及对器件探测效率和暗计数的影响；通过电路仿真模拟，研究了交流耦合电路对SNSPD计数率以及latching的影响；针对不同大小光敏面器件，研究了抑制latching的方法，并有效提升了器件最大计数率和动态范围。项目执行期间主要取得了以下研究成果：.1）采用时间关联单光子计数技术，对光子响应计数进行了时域统计分析，成功得到了光辐照下的真实暗计数，解释了强光辐照下偏置电流（Ib）临近Isw时探测效率异常的现象。.2）通过电路模拟仿真以及实验验证，明确了光致latching的机制是器件电感过大或计数率增大，导致交流耦合读出电路中电势累积，从而引起器件电流“过充”所致。.3）针对不同光敏面的器件，分析了latching原因的异同。针对Ф=100 um器件，采用串联电阻方式有效抑制了latching，提升了其最大工作电流，并将其最大计数率提高了10倍。针对Ф=15um典型光敏面器件，采用“串联+并联”电阻的方式有效抑制了latching，并将其最大计数率和3dB最大计数率（效率降一半）分别提高了43倍和18倍。.4）本项目发表受标注论文4篇。项目执行期间，培养博士生1人。. 本项目明确了光致latching的本质原因，并通过电路改进有效抑制了latching，从而提升了SNSPD的综合性能，将为SNSPD在高码率量子通信、卫星测距中和高灵敏度激光通信中的应用提供有力支撑。