超导单光子探测器光子检测机制的理论分析

为阐明超导单光子探测器的光子检测机制,我们理论上检查了以类型-II 超导体为基础、受偏置电流作用的动力学行为。光子注入弱化超导秩序参数的现象被现象学地视为局部温度升高,其注入量可通过初始热点半径来控制。通过两种电极（分别连接在超导体左侧和右侧边缘）之间的电压变化来检测光子。我们发现,某些参数范围可由传统意义上的热点模型解释,而其他参数范围则由超导涡旋和反涡旋对的生成与消除所主导。当初始热点半径超过阈值值时,才可能发生光子检测。我们发现,在阈值附近会生成涡旋-反涡旋对。该对的沿电流方向垂直运动最终会形成正常区域,以实现光子检测。对于赦恕-兰德尔参数接近从类型-II 向类型-I 超导体的转变点的值,电压变化显示出与涡旋-反涡旋对的动力学无关的异常行为。我们还检查了空间非均匀电流密度对电压变化和超导秩序参数的影响,以为理解宽带单光子探测器的行为提供了灵感。与实验结果相比,我们估计的入射光子能量和响应时间是合理的。本次全面检验为灵活的器件结构设计提供了实用指导。