基于非对称F-P腔结构的3-5μm高光吸收率SNSPD优化设计

作者：赵雨辰; 田浩; 豆建华; 原艳宁; 席晓莉

来源：激光与光电子学进展, 2022, 1-11.

• SNSPD
• 宽带光吸收
• 非对称F-P腔
• DBR
• 3-5μm

与特定波长处的高吸收率设计不同，3-5μm 宽波长范围内超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的光吸收设计需要更好地兼顾吸收率的峰值大小和带内平坦度。为此，本文一方面采用超窄氮化铌（NbN）纳米线/二氧化硅（SiO2）腔/分布式布拉格光栅（DBR）来构建基于非对称Fabry-Pérot（F-P）腔结构的正面对光器件初始模型；另一方面将 SiO2腔、DBR 的高折射率层和低折射率层这三个厚度作为优化对象，以 3-5μm 波长范围内光吸收率的最小值作为优化目标，使用粒子群算法（PSO）对初始模型进行优化。结果显示，相比于上下腔双谐振波长耦合的思路，基于非对称 F-P 腔结构并采用了高折射率差 DBR 的单层 NbN 纳米线探测器设计在目标波长范围内光吸收率的最小值提高了 40.2%，带内平坦度提高了 59.2%。在此基础上的双层 NbN 纳米线探测器结构不仅可以进一步提高光吸收率的最小值，而且可以在不追求特定波长处高吸收率的情况下将吸收率的最大值提升至 0.97 以上，达到与双谐振波长耦合方法相当的水平。

• 单位
  西安理工大学