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作者：琚志平;覃俭;马若岩;蒋燕阳;王敏杰;叶大鹏;徐光照;邢俊杰;肖游;李浩;史经浩;尤立星;吕超林;
单位：赋同量子科技(浙江)有限公司;中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海市超导集成电路技术重点实验室;赋同量子科技(上海)有限公司;
摘要：【目的】文章旨在设计并实现一种基于Gifford-McMahon(GM)制冷机的自由空间耦合超导条带单光子探测（SNSPD）系统，以解决传统光纤耦合方式系统在近/中红外波段和偏振敏感等应用中的局限性，进一步拓展SNSPD的应用场景。【方法】文章重点解决了低振动恒温腔设计、高温区SNSPD器件制备和跨温区滤波光路设计等关键技术问题。其中，低振动恒温器结合气体交换腔和波纹管软连接技术，有效抑制了制冷机的振动传导；SNSPD芯片通过调整优化无序氮化钛铌（NbTiN）薄膜的生长参数，实现了4.2 K温区的高探测效率；跨温区滤波光路采用多种商用滤波片组合和封装盒氧化发黑处理等手段成功抑制了环境杂散光和黑体辐射。【结果】低振动制冷机的最低温可达3.45 K，并可长期稳定在3.75 K，竖直方向的振动幅度峰峰值小于4μm，光学对准效率接近90%；系统探测效率（SDE）在最低温时可达50%，系统暗计数率（DCR）为70 cps。【结论】文章所提系统解决了传统光纤耦合方式系统在特定应用场景中的技术瓶颈，其具备优异的波长普适性、灵活的信号光耦合调谐能力以及出色的偏振保持特性。未来通过优化系统工作温度、器件制备工艺和定制滤波片加工，有望实现更高的SDE和更低的DCR。
关键词：自由空间耦合;;超导条带单光子探测器;;低振动;;Gifford-McMahon制冷机
基金资助：上海市2024年度量子科技领域基金资助项目（25LZ2600500）
