超导转变边沿探测器的应用

　　超导转变边沿探测器是采用超导转变边沿传感器（transitionedgesensor，TES）作为温度计的一类低温超导探测器.偏置在正常态至超导态转变区域内的一层超导薄膜，利用其在转变区域内陡峭的电阻-温度（R-T）关系，可以作为高灵敏的温度计使用。为了降低探测器的噪声，TES温度计通常采用超导转变温度（transitiontemperature，Tc）为几百mK的超导薄膜。TES温度计采用的电压偏置给系统引入了电热负反馈，使超导TES探测器在噪声特性、响应线性度、响应速度等方面与采用其他温度计技术的热探测器相比具有明显的优势.此外，超导TES探测器还具有适用波长范围广、易开发单片集成探测器阵列并可用超导量子干涉（superconductingquantuminterferencedevice，SQUID）放大器对探测器阵列实现复用读出等特点。因此，该类探测器在近十多年来被广泛应用于较长波段范围内的光探测，如作为辐射热探测器构成天文宇宙学实验中的探测焦平面，用来探测宇宙中的毫米波和微米波；作为探测X射线和射线等高能光子的TES微量能器，应用在高能物理和核辐射探测等领域.

　　除了上述应用外，该类探测器也可以用作近红外、可见光和紫外波段的单光子探测器，也就是本文介绍的超导TES单光子探测器。与传统的单光子探测器相比，超导TES单光子探测器具有能量分辨特性好、探测效率高、暗计数低、可分辨光子数等优点。因此，它在量子光学、量子密钥分配（quantumkeydistribution，QKD）、量子密码学、线性光学量子计算等量子信息研究领域具有非常重要的应用价值。以对高性能单光子探测器需求强烈的QKD系统为例，该类系统现在采用比较多的是InGaAs/InP雪崩光电二极管单光子探测器。该类探测器在1550nm通信波长处较低的探测效率（约20%）和很高的暗计数率（百赫兹量级），将QKD系统的传输距离限制在100km左右.而超导TES单光子探测器可以通过集成光学谐振腔等方法使器件在1550nm波长处的探测效率接近100%，并具有几乎可以忽略的暗计数率（几个赫兹以下）。