声子俘获增强超导单光子探测器的能量分辨率

一种无噪声、可计数光子并能分辨每个光子能量的探测器，可能彻底改变天文学、生物物理和量子光学。超导探测器因其低激发能而有望在可见光波段达到 $R=E/\delta E\approx100$ 的固有分辨能力。我们研究超导能量分辨微波动力学电感探测器（MKID），其对更大规模相机尤其有前景。在超导体中吸收的可见光/近红外光子通过若干阶段的电子-声子相互作用产生几千个准粒子。在此我们实验证明，MKID在可见光至近红外波段的分辨能力受该过程中热声子损失的限制。我们使用波长在 $1545-402$ nm之间的四台激光器测量了铝基探测器的分辨能力随光子能量的变化。对于位于厚SiN/Si和蓝宝石衬底上的探测器，相应波长的分辨能力限制在 $10-21$，与热声子的损失一致。当我们将探测器的敏感部分悬置于110 nm厚的SiN膜上时，测得的分辨能力分别提高到 $19-52$。该改善相当于膜上声子俘获增强了 $8\pm2$ 倍，这与这些热声子的几何声子传播模型一致。我们讨论了通过声子工程实现Fano极限的途径。