| 摘要 | 第3-5页 |
| 英文摘要 | 第5-6页 |
| 第1章 前言 | 第11-20页 |
| 1.1 单光子探测背景 | 第11页 |
| 1.2 单光子探测器比较 | 第11-16页 |
| 1.2.1 光电倍增管 | 第11-12页 |
| 1.2.2 雪崩光电二级管 | 第12-13页 |
| 1.2.3 频率上转换单光子探测 | 第13-14页 |
| 1.2.4 超导临界温度跃迁单光子探测器 | 第14页 |
| 1.2.5 超导纳米线单光子探测器 | 第14-16页 |
| 1.3 SNSPD研究热点 | 第16-20页 |
| 1.3.1 提高探测器效率 | 第16-17页 |
| 1.3.2 SNSPD空间阵列 | 第17页 |
| 1.3.3 SNSPD光子数分辨 | 第17页 |
| 1.3.4 提高高速探测能力 | 第17-18页 |
| 1.3.5 新型材料制备SNSPD | 第18页 |
| 1.3.6 暗计数等物理问题研究 | 第18-20页 |
| 第2章 SNSPD制备及基本特性表征 | 第20-38页 |
| 2.1 概述 | 第20页 |
| 2.2 制备流程 | 第20-22页 |
| 2.2.1 磁控溅射制备氮化铌薄膜 | 第20-21页 |
| 2.2.2 电子束曝光制备纳米线掩膜 | 第21页 |
| 2.2.3 反应离子刻蚀转移线条图案 | 第21-22页 |
| 2.2.4 光刻方式制备测试电极 | 第22页 |
| 2.3 电流-电压曲线 | 第22-27页 |
| 2.3.1 测量方法 | 第22-23页 |
| 2.3.2 典型的Ⅰ-Ⅴ曲线 | 第23-27页 |
| 2.4 输出电脉冲 | 第27-31页 |
| 2.4.1 电脉冲的形成过程 | 第27-28页 |
| 2.4.2 典型电脉冲波形特征 | 第28-30页 |
| 2.4.3 电脉冲频谱特性以及放大器选择 | 第30-31页 |
| 2.5 探测效率 | 第31-35页 |
| 2.5.1 探测效率的定义 | 第31页 |
| 2.5.2 探测效率的测量 | 第31-33页 |
| 2.5.3 典型的探测效率同偏置电流曲线 | 第33页 |
| 2.5.4 探测效率的频谱特性 | 第33-34页 |
| 2.5.5 探测效率随温度的变化 | 第34-35页 |
| 2.6 暗计数 | 第35-38页 |
| 2.6.1 本征暗计数 | 第35-37页 |
| 2.6.2 背景暗计数 | 第37页 |
| 2.6.3 测量方法 | 第37-38页 |
| 第3章 表征和提升SNSPD的高速探测性能 | 第38-60页 |
| 3.1 概述 | 第38页 |
| 3.2 时间抖动 | 第38-46页 |
| 3.2.1 SNSPD本征时间抖动 | 第38-39页 |
| 3.2.2 实际应用SNSPD时的抖动源分析 | 第39-43页 |
| 3.2.3 典型的抖动测量方法 | 第43-46页 |
| 3.3 恢复时间 | 第46-51页 |
| 3.3.1 读出电路分析 | 第46页 |
| 3.3.2 动态电感计算 | 第46页 |
| 3.3.3 动态电感测量 | 第46-50页 |
| 3.3.4 动态电感随偏置电流的变化 | 第50-51页 |
| 3.4 计数率 | 第51-58页 |
| 3.4.1 计数率限制因素 | 第51-52页 |
| 3.4.2 改进的“电容-接地”电路 | 第52-54页 |
| 3.4.3 计数率测量 | 第54-55页 |
| 3.4.4 计数率模型 | 第55-57页 |
| 3.4.5 改进型电路下的时间抖动测量 | 第57-58页 |
| 3.5 动态范围 | 第58-60页 |
| 3.5.1 动态范围的定义 | 第58页 |
| 3.5.2 测量方法 | 第58-59页 |
| 3.5.3 SNSPD同APD的比较 | 第59-60页 |
| 第4章 电热模型 | 第60-73页 |
| 4.1 概述 | 第60页 |
| 4.2 热模型 | 第60-66页 |
| 4.2.1 热传导方程 | 第60-62页 |
| 4.2.2 热方程参数的确定 | 第62-64页 |
| 4.2.3 边界条件及初始值 | 第64页 |
| 4.2.4 sidewalk效应 | 第64-65页 |
| 4.2.5 一维模型求解热方程 | 第65-66页 |
| 4.3 电模型 | 第66-69页 |
| 4.3.1 解析法 | 第66-68页 |
| 4.3.2 数值法 | 第68-69页 |
| 4.4 电热模型仿真流程 | 第69-70页 |
| 4.5 典型仿真结果 | 第70-71页 |
| 4.5.1 电阻态增长过程 | 第70页 |
| 4.5.2 电流下降终值 | 第70页 |
| 4.5.3 电流恢复过程 | 第70-71页 |
| 4.6 电流恢复加速和热锁定效应 | 第71-73页 |
| 4.6.1 电流恢复过程加速 | 第71页 |
| 4.6.2 热锁定效应 | 第71-73页 |
| 第5章 SNSPD阵列 | 第73-85页 |
| 5.1 概述 | 第73-74页 |
| 5.2 原理和电路设计 | 第74-75页 |
| 5.3 电热模型仿真 | 第75页 |
| 5.3.1. 各像元电脉冲输出特性 | 第75页 |
| 5.3.2. 像元间电流干扰 | 第75页 |
| 5.4 元件值波动对阵列输出特性的影响 | 第75-78页 |
| 5.4.1. 电流分束电感的波动 | 第75-76页 |
| 5.4.2. 偏置电阻的波动 | 第76-77页 |
| 5.4.3. 探测器临界电流的波动 | 第77-78页 |
| 5.4.4. Monte-Carlo仿真元件波动对阵列输出的影响 | 第78页 |
| 5.5 器件制备 | 第78-80页 |
| 5.6 测量及讨论 | 第80-85页 |
| 5.6.1. 差分电脉冲 | 第80-82页 |
| 5.6.2. 探测效率 | 第82-83页 |
| 5.6.3. 时间抖动 | 第83页 |
| 5.6.4. 多光子响应 | 第83-85页 |
| 第6章 分级雪崩型纳米线探测器 | 第85-97页 |
| 6.1 并联型纳米线探测器 | 第85页 |
| 6.2 传统雪崩型探测器 | 第85-86页 |
| 6.3 分级雪崩型探测器 | 第86-87页 |
| 6.4 电热模型仿真 | 第87-89页 |
| 6.4.1. 雪崩过程 | 第87-88页 |
| 6.4.2. 雪崩电流 | 第88-89页 |
| 6.5 器件制备 | 第89-90页 |
| 6.6 测量及讨论 | 第90-97页 |
| 6.6.1. 临界电流 | 第90-91页 |
| 6.6.2. 输出电脉冲 | 第91-93页 |
| 6.6.3. 雪崩电流 | 第93页 |
| 6.6.4. 等效噪声功率 | 第93-94页 |
| 6.6.5. 时间抖动 | 第94-95页 |
| 6.6.6. 电脉冲时间延迟 | 第95-97页 |
| 第7章 基于SNSPD的光纤时域反射计 | 第97-109页 |
| 7.1 概述 | 第97-98页 |
| 7.2 基本型SNSPD-OTDR | 第98-102页 |
| 7.2.1. 系统配置 | 第98-100页 |
| 7.2.2. 探测距离测量 | 第100页 |
| 7.2.3. 空间分辨率测量 | 第100-102页 |
| 7.3 超长距离SNSPD-OTDR | 第102-107页 |
| 7.3.1. 系统改进 | 第102-103页 |
| 7.3.2. 测量方法 | 第103-104页 |
| 7.3.3. 测量参数分析 | 第104-107页 |
| 7.4 高空间分辨率SNSPD-OTDR | 第107-109页 |
| 7.4.1. 系统极限空间分辨率 | 第107-108页 |
| 7.4.2. 测量光纤环行器 | 第108-109页 |
| 结束语 | 第109-110页 |
| 参考文献 | 第110-119页 |
| 博士期间发表的学术论文 | 第119-120页 |
| 致谢 | 第120-121页 |