近日,188金宝量子光电实验室关于超导谐振器光子脉冲响应的实验工作发表在应用物理领域著名期刊Applied Physics Letters (APL)上.2018级硕士生胡晶晶为第一作者,王轶文副教授为通讯作者.

超导微波谐振器在量子信息处理,量子计算,参量放大,量子精密测量及量子光学实验等前沿领域有着重要应用.而超导谐振器结构的微波动态电感探测器(MKID)在光子探测领域表现出的优良性能,使其成为超导探测器领域的重要组成.在前期工作中,我们展示了MKID在光学和近红外波段具有出色的光子数目和单光子能量分辨能力[参考: Appl. Phys. Lett.110, 212601 (2017).].针对光子计数方面的应用,深入理解超导谐振器在时域上对光子脉冲的响应是非常重要的,这不仅有助于设计高性能的单光子探测器,也有助于理解超导薄膜器件中准粒子(quasi-particle)的动力学行为.

在本工作中,我们制备了一个共面波导结构的超导半波长传输线谐振器,并将一个很短的光脉冲辐照在传输线中央以激发超导体中的准粒子.在不同的谐振模式下,光斑位置处的电流分布呈波节或波腹,我们分别测量了其相应的光子脉冲响应.我们提出了一种随时间变化的可变电感电路模型来仿真谐振器在时域上的光子响应过程,通过拟合实验结果,可以得到光子吸收区域动态电感随时间的变化.该方法可以消除谐振电路(低通滤波)的影响,从而准确提取出激发准粒子在时域上的复合和空间上的扩散过程.同时,该方法可以得到任意时刻准粒子在空间的分布尺寸,为测量超导薄膜器件中的准粒子扩散系数提供了一种新途径.该工作为研究超导器件中的准粒子动力学和设计光子计数超导动态电感单光子探测器提供了一种通用的方法.

本工作中超导谐振器样品的设计,制备和测量均在188金宝完成.合作单位包括188金宝信息学院和美国国家标准科学与技术研究院(NIST).本工作受到国家自然科学基金面上项目(Nos. 61871333 & 11974290)和SRTP国创项目(No. 202010613057)的资助.

本文引用: Appl. Phys. Lett.119, 022601 (2021).

本文题目: Study of quasi-particle dynamics using the optical pulse response of a superconducting resonator

正文链接:https://doi.org/10.1063/5.0052826

补充材料:https://aip.scitation.org/doi/suppl/10.1063/5.0052826

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