Gli SNSPD sono stati integrati con guide d'onda ottiche su diverse piattaforme di materiali. Gli SNSPD integrati nella guida d'onda sono stati applicati in diverse applicazioni di circuiti fotonici quantistici (QPC), supportando alcune funzioni di informazione quantistica fotonica come la misurazione dell'interferenza quantistica su chip.

Lo spettrometro a conteggio di fotoni per la luce ultradebole a livello di singolo fotone è un'altra applicazione interessante. Recentemente sono stati riportati anche diversi lavori su spettrometri a conteggio di fotoni basati su SNSPD e strutture micro/nanofotoniche su chip. In questi lavori, le strutture micro/nano-fotoniche modulano le risposte spettrali degli SNSPD.

Tuttavia, portano anche a perdite di dispersione e limitano l’utilizzo dei fotoni nella misurazione della luce ultradebole a livello di singolo fotone. È un argomento interessante come realizzare le modulazioni della risposta spettrale SNSPD senza alcuna perdita di fotoni.

Il team del Prof. Wei Zhang del Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell'Università di Tsinghua, in collaborazione con il team del Prof. Lixing You dello Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT, CAS, Cina), ha proposto un nuovo spettrometro ricostruttivo per il conteggio dei fotoni basato su l'effetto di assorbimento in cascata di un array SNSPD.

In questo schema, i fotoni con diverse lunghezze d'onda vengono diffratti da un reticolo di Rowland in diverse posizioni nella regione di focalizzazione sul chip. L'array SNSPD si trova attraverso la regione di messa a fuoco. Ciascun SNSPD nell'array ha uno schema diverso, che controlla l'assorbimento del nanofilo superconduttore in posizioni diverse.

Il lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Devices &Instrumentation .

La risposta spettrale di questo SNSPD è determinata dal suo modello e dall'effetto di assorbimento a cascata degli SNSPD che lo precedono. Sulla base di questo meccanismo, la risposta spettrale di ogni SNSPD nell'array potrebbe essere progettata in modo flessibile, supportando la funzione di uno spettrometro ricostruttivo a conteggio di fotoni. Nella misurazione, tutti i fotoni verrebbero assorbiti nella matrice SNSPD senza alcuna perdita di fotoni in linea di principio.

Il gruppo di ricerca ha fabbricato un dispositivo prototipo e ha dimostrato il meccanismo di modulazione della risposta spettrale SNSPD nello schema proposto, che si basa sull'effetto di assorbimento a cascata dell'array SNSPD. I risultati dell'esperimento hanno mostrato che il dispositivo prototipo supportava la misurazione e la ricostruzione dello spettro luminoso a livello di singolo fotone. La risoluzione spettrale della misurazione è di 0,4 nm nell'intervallo di lunghezze d'onda compreso tra 1495 e 1515 nm.

Questo lavoro ha proposto uno spettrometro ricostruttivo per il conteggio dei fotoni che combina un reticolo Roland su chip e un array SNSPD. In linea di principio, può misurare e ricostruire lo spettro della luce debole a livello di singolo fotone con un elevato utilizzo di fotoni. È stato progettato e fabbricato un prototipo di dispositivo per dimostrare il principio dello schema, dimostrando che le risposte spettrali degli SNSPD sono determinate dai loro schemi e dall'effetto di assorbimento a cascata dell'array SNSPD.

I risultati dell'esperimento hanno mostrato che il dispositivo prototipo supportava la misurazione e le ricostruzioni spettrali. La risoluzione spettrale è di 0,4 nm nell'intervallo di lunghezze d'onda compreso tra 1495 e 1515 nm. Questa ricerca fornisce un modo interessante e promettente per sviluppare uno spettrometro a conteggio di fotoni con un elevato utilizzo di fotoni.