[发明专利]一种具有宽光谱范围和大量程范围的光功率计

说明书

本发明公开了一种具有宽光谱范围和大量程范围的光功率计，所述光功率计包括：光子超导集成回路探测器，所述光子超导集成回路探测器由超导纳米线阵列与光波导组成，超导纳米线阵列位于光波导一侧，超导纳米线阵列中的每一个纳米线与光波导的间隔距离不同，沿光在光波导中的传播方向，每一个纳米线与光波导的间隔距离逐渐缩小。本发明将探测器应用于光功率计，从根本上拓宽光功率计的可测量波长范围与可测量功率范围，可被广泛应用于各个光学测量领域。

技术领域

本发明涉及光电子器件领域，尤其涉及一种具有宽光谱范围和大量程范围的光功率计。

背景技术

光功率计常用于光学工业检测与科学研究领域。目前市场上常见的光功率计主要有两种：光电二极管式和热电式。对于光电二极管式光功率计，其光功率分辨力为纳瓦，但可测量的光谱较窄，只能覆盖从紫外到近红外的波长范围，且单个光功率计的光谱更窄；对于热电式光功率计，其可以测量从紫外到中红外的波长范围，但光功率分辨力较低，最小测量功率为几个微瓦。

光子超导集成回路相比于传统的探测器具有更宽的波长响应范围，更精确的时间分辨能力，更高的信噪比，例如：超导转换边沿探测器、超导纳米线单光子探测器。超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是21世纪新兴的一种单光子探测器，具有响应速度快、探测效率高、暗计数率低、时域抖动小、光谱响应范围宽的众多优点，已在量子密钥分发、生物医学成像、激光测距等领域得到广泛应用。

现有技术中的光功率计的测量功率范围和测量光谱范围受到一定的限制，光功率分辨能力高的光电二极管式光功率计测量光谱范围窄，测量光谱范围宽的热电式光功率计受限于较低的光功率分辨能力。

发明内容

本发明提供了一种具有宽光谱范围和大量程范围的光功率计，本发明将光子超导集成回路探测器应用于光功率计，从根本上拓宽光功率计的可测量波长范围与可测量功率范围，可被广泛应用于各个光学测量领域，详见下文描述：

一种具有宽光谱范围和大量程范围的光功率计所述光功率计包括：光子超导集成回路探测器，所述光子超导集成回路探测器由超导纳米线阵列与光波导组成，

超导纳米线阵列位于光波导一侧，超导纳米线阵列中的每一个纳米线与光波导的间隔距离不同，沿光在光波导中的传播方向，每一个纳米线与光波导的间隔距离逐渐缩小。

具体实现时，工作在SNSPD光子计数模式时，光功率计还包括：单模光纤、光纤聚焦器、闭循环制冷机、同轴电缆、低噪声放大器、低噪声直流电压源、T型偏置器、以及脉冲计数器。

具体实现时，工作在单调关系模式时，光功率计还包括：单模光纤、光纤聚焦器、闭循环制冷机、同轴电缆、低噪声直流电压源、电压/电流源表。

优选地，根据超导纳米线所在位置的光强，再通过光波导所决定的归一化光强曲线计算得到输入光波导的光功率；

再通过已知的耦合效率计算得到待测光的总光功率值。

其中，工作在SNSPD光子计数模式时，需要校准的参数如下：不同波长下光纤聚焦器与光波导的耦合效率、光波导的内外光强归一化曲线、确定偏置电流下SNSPD不同波长所对应的效率。

进一步地，工作在单调关系模式时，需要校准的参数如下：不同波长下光纤聚焦器与光波导的耦合效率、光波导内外光强归一化曲线、超导纳米线临界电流随光功率变化曲线。

其中，所述光功率计的制备方法包括：

通过电子束曝光将波导图形转移到电子束曝光胶上，利用电子束曝光胶作为掩模，用反应离子束刻蚀波导图形；

用磁控溅射的方式在光波导及波导衬底上溅射一层氮化钛铌材料；

通过电子束曝光纳米线图形转移到电子束曝光胶上，利用电子束曝光胶作为掩模，用反应离子束刻蚀纳米线图形；