一种超导探测单元、超导探测器及超导探测系统

1.本技术涉及光电探测的技术领域，具体而言，涉及一种超导探测单元、超导探测器及超导探测系统。

背景技术：

2.mkid(microwave kinetic inductance detectors，微波动态超导探测器)超导探测器可以实现多路复用的不同参数单光子探测，且测量信号可以在频域上叠加，因此读出电路只需要共用一个宽频放大器即可，极大简化了读出部分电路复杂度。而现有的mkid超导探测器阵列集成度低，难以实现高分辨率的成像。

技术实现要素：

3.本技术提供一种超导探测单元、超导探测器及超导探测系统，以解决现有mkid超导探测器阵列集成度低，难以实现高分辨率的成像的问题。
4.第一方面，本技术提供一种超导探测单元，包括：电感，所述电感用于接收待探测光信号以产生电信号；第一电容，包括第一电极、第二电极；衬底，所述衬底上设置有凹槽，所述第二电极设置在所述衬底设置有凹槽的表面，所述第二电极在所述凹槽处向下凹陷，所述第二电极覆盖在所述凹槽的内表面，所述第二电极上设置有电介质层，所述第一电极覆盖在所述电介质层上，所述第一电极与所述电感的第一端连接，所述第二电极与所述电感的第二端连接；所述电感位于所述衬底的上表面没有设置凹槽的区域。
5.本实施例中，通过在衬底设置有凹槽的表面设置第二电极，并使第二电极在凹槽处向下凹陷，且第一电极覆盖在第二电极上设置的电介质层上，从而使第一电容相较于平面电容在电容值不变的情况下，在衬底上占据的面积更小，从而降低了单个超导探测单元的面积，进而可以在同样面积的超导探测器阵列中，布置更多的超导探测单元，从而提高成像的分辨率。
6.在一实施例中，所述电感位于所述第一电容的上方；或，所述第一电极表面覆盖有绝缘层，所述电感设置于所述绝缘层表面。
7.本实施例中，通过将电感设置在绝缘层的表面或设置在第一电容的上方，使得电容的设置并不影响电感的设置，进一步降低了单个超导探测单元的面积。
8.在一实施例中，所述电介质层在所述凹槽处向下凹陷，所述电介质层覆盖在所述凹槽内的所述第二电极的表面，所述第一电极在所述凹槽处向下凹陷，所述第一电极覆盖在所述凹槽内的所述电介质层的表面。
9.在一实施例中，所述电介质层在所述凹槽处向下凹陷，所述电介质层覆盖在所述凹槽内的所述第二电极的表面，所述第一电极填充所述电介质层向下凹陷形成的凹槽。
10.本实施例中，由于电介质层在凹槽出会向下凹陷，使得覆盖在电介质层表面的第一电极与第二电极的正对面积更大，使得在电容值不变的情况下，第一电容在衬底上占据的面积更小。
11.在一实施例中，所述第一电容包括至少两个凹槽。
12.本实施例中，通过设置多个凹槽，使得第一电容在衬底上占据的面积相同的情况下，第一电极和第二电极的面积更大，进而可以使在电容值不变的情况下，第一电容在衬底上占据的面积更小。
13.在一实施例中，所述第一电容包括多个子电容，多个所述子电容并联后与所述电感连接。
14.在一实施例中，所述第一电容包括多个第一电极和/或多个第二电极，每个第一电极均与所述电感的第一端连接，每个第二电极均与所述电感的第二端连接。
15.在一实施例中，所述第一电容包括多个第一电极和/或多个第二电极，所述第二电极、电介质层、第一电极周期性设置。
16.第二方面，本技术提供一种超导探测器，包括：第一信号线；至少一个如上述的超导探测单元以及与所述超导探测单元的数量相同的多个耦合电容，每个所述超导探测单元对应一个所述耦合电容；每个所述超导探测单元的电感的第一端通过对应的耦合电容与所述第一信号线连接，每个所述超导探测单元的电感的第二端接地，不同超导探测单元对应的所述耦合电容的电容值不同。
17.在一实施例中，每个所述超导探测单元的所述电感呈阵列分布。
18.本技术实施例中，由于单个超导探测单元相较于现有技术拥有更小的面积，使得在相同面积的超导探测器阵列中，可以布置更多的如上述第一方面实施例和/或结合第一方面实施例的任一种的超导探测单元，进而提升了超导探测器阵列的集成度，提高了通过超导探测器得到的测量信号得到的图像的分辨率。
19.在一实施例中，超导探测器包括至少两个上述超导探测单元；所述衬底包括至少两个，至少两个所述衬底层叠设置，至少两个所述超导探测单元的所述电感设置于最上层的衬底上表面，至少两个所述超导探测单元的所述第一电容分别位于所述至少两个所述衬底上，其中，每个所述超导探测单元的所述第一电容位于同一个所述衬底上。
20.本实施例中，进一步利用高度方向，减小第一电容在的占用面积，提升探测分辨率。
21.在一实施例中，所述第一信号线和所述耦合电容设置在所述超导探测单元的衬底远离上述电感的一侧，所述耦合电容的一端与所述超导探测单元的电感的第一端连接，所述耦合电容的另一端与所述第一信号线连接。
22.本实施例中，在第一信号线通过耦合电容与每个超导探测单元的第一电容连接时，通过在衬底远离电感的一侧设置耦合电容，可以进一步降低超导探测器中单个超导探测单元所需的面积，从而再次提高超导探测器阵列的集成度。
23.第三方面，本技术提供一种超导探测系统，包括：功分器，所述功分器包括第一输出端和第二输出端，所述功分器用于接收微波信号，并将所述微波信号通过所述第一输出端和第二输出端输出；如上所述的超导探测器，所述超导探测器的第一信号线与所述功分器的第一输出端连接，所述超导探测器用于接收所述微波信号，在所述超导探测器探测到待探测光信号的情况下，所述微波信号产生改变，得到测量信号；混频器，所述混频器的输入端分别与所述功分器的第二输出端和所述超导探测器的第一信号线连接，所述混频器用于比较所述微波信号与所述测量信号的幅度与相位差异，并输出比较后的模拟信号；模数
转换器，所述模数转换器与所述混频器连接，所述模数转换器用于将所述混频器输出的模拟信号转换成数字信号输出。
24.第四方面，本技术提供一种多光子超导探测系统，包括：如上所述超导探测器，所述超导探测器包括多个超导探测单元；分束器，所述分束器的输入端用于接收待探测光信号，所述分束器包括多个输出端，所述分束器的多个输出端与多个所述超导探测单元各自的电感一一对应设置，其中，所述分束器的不同的输出端对应不同的所述超导探测单元的电感。
25.本实施例中，通过分束器将接收到的光信号分散给多个超导探测单元，多个超导探测器分别对接收到的光信号进行单光子探测，实现高光子数光信号的分辨力和强光光子探测和计数率，提高超导探测系统的探测效果。
26.在一实施例中，还包括延迟器件，所述分束器的输出端与m个所述延迟器件的输入端一一对应连接，m为正整数；所述超导探测器包括n个超导探测单元；其中，n为正整数，m》n；n组所述延迟器件与n个所述超导探测单元一一对应设置，其中，所述延迟器件的输出端与所述超导探测单元的电感对应设置，组内的不同的所述延迟器件的延迟时间不同。
27.本实施例中，通过在分束器与超导探测单元之间设置延迟器件，降低光信号到达超导探测单元的计数率，以将光信号包含的光子依延时陆续入射超导探测器中相同的超导探测单元，实现光子到达时间和光子数目的高分辨率探测。同时，分束器可以将光信号分散给多个超导探测单元，可以提高超导探测系统的最高光子计数率，并进一步提高超导探测系统的探测效果。
28.第五方面，本技术提供一种多光子超导探测系统，包括分束器、多个延迟器件和如权利要求5-6任一项所述超导探测器，所述超导探测器包括一个超导探测单元；所述分束器的输入端用于接收待探测光信号，所述分束器的输出端与多个所述延迟器件的输入端一一对应连接；所述延迟器件的输出端与所述超导探测单元的所述电感对应设置，所述多个延迟器件的延迟时间不同。
29.本实施例中，通过在分束器与超导探测单元之间设置延迟器件，降低光信号到达超导探测单元的计数率，以将光信号包含的光子依延时陆续入射超导探测器中相同的超导探测单元，实现光子到达时间和光子数目的高分辨率探测。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1为本技术实施例示出的一种超导探测单元的电路原理图；
32.图2为本技术实施例示出的一种第一电容设置在衬底上的结构示意图；
33.图3为本技术实施例示出的一种电感设置在第一电容上方的结构示意图；
34.图4为本技术实施例示出的又一种电感设置在第一电容上方的结构示意图；
35.图5为本技术实施例示出的一种电感设置在第一电容上方的结构示意图；
36.图6为本技术实施例示出的又一种第一电容设置在衬底上的结构示意图；
37.图7为本技术实施例示出的又一种电感设置在第一电容上方的结构示意图；
38.图8为本技术的第一电容周期性设置的结构示意图；
39.图9为本技术实施例示出的超导探测器的电路原理图；
40.图10为本技术实施例示出的超导探测单元的第一电极通过耦合电容与第一信号线连接的示意图；
41.图11为本技术实施例示出的一种超导探测单元的第二电极通过耦合电容与第一信号线连接的示意图；
42.图12为本技术实施例示出的又一种超导探测单元的第二电极通过耦合电容与第一信号线连接的示意图；
43.图13为本技术实施例示出的超导探测系统的结构框图；
44.图14为本技术实施例示出的多光子超导探测系统的第一实施例；
45.图15位本技术实施例示处的多光子超导探测系统的第二实施例；
46.图16位本技术实施例示处的多光子超导探测系统的第三实施例。
47.附图标记：10-超导探测系统；100-超导探测器；110-第一信号线；120-第二信号线；130-超导探测单元；131-电感；1312-绝缘层；132-第一电容；1321-第一电极；1322-触点；1323-电介质层；1324-第二电极；133-衬底；140-耦合电容；200-功分器；300-混频器；400-分束器；500-延迟器件；20-多光子超导探测系统。
具体实施方式
48.术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
50.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
51.下面将结合附图对本技术的技术方案进行详细地描述。
52.微波动态电感超导探测器(microwave kinetic inductance detectors,mkid)是一种在有光子入射超导体表面时，利用光子能量破坏超导体内库珀对从而改变超导体表面复阻抗特性的超导器件，通过谐振电路将阻抗的改变转换为频率和幅度的改变，实现单个光子的探测和光子数分辨。利用同时制备多种共振频率的超导探测器阵列，mkid超导探测器可以实现多路复用的不同参数单光子探测，且测量信号可以在频域上叠加，因此读出电路只需要共用一个宽频放大器即可，极大简化了读出部分电路复杂度。因此，mkid易于实现阵列式探测，从而可以很方便进行成像相关的研究。
53.但目前mkid超导探测器阵列集成度低，探测点阵有效感光单元像素中心距大，因此空间分辨率低，对于高分辨率的成像很难实现，或者要求进行更大规模的阵列单元制备，
辅助以特殊设计的光学组件，实现等效空间分辨率。如表1所示，表1为目前常用ccd(charge coupled device，电荷耦合器件)的靶面尺寸以及不同像素大小下的图像分辨率。
54.表1
[0055][0056]
其中，表1中的“mkid阵列像素数1mm2/pixel”项表示的是每个超导探测单元的面积为1mm2时，mkid阵列的像素数。同理，“mkid阵列像素数10um2/pixel”项表示的是每个超导探测单元的面积为10um2时，mkid阵列的像素数；“mkid阵列像素数20um2/pixel”项表示的是每个超导探测单元的面积为20um2时，mkid阵列的像素数。
[0057]
基于此，本技术提高一种超导探测单元，能有效提高超导探测器阵列集成度，提高空间分辨率。
[0058]
请参阅图1，本技术实施例提供一种超导探测单元130，下面将结合图1对超导探测单元130的原理进行说明。
[0059]
超导探测单元130包括电感131、第一电容132、衬底133(图中未示出)。
[0060]
其中，电感131在工作时处于超导状态，电感131用于接收待探测光信号以产生电信号。电感在超导状态下，由于有光子入射时，光子能量破坏电感库珀对从而改变超导体表面复阻抗特性的超导器件，通过谐振电路将阻抗的改变转换为频率和幅度的改变，实现单个光子的探测和光子数分辨。而由第一电容132作为谐振电路的一部分，用于将探测到的信号引出进行分辨。
[0061]
为了便于理解，第一电容132的具体结构请参阅图2，为了提高空间分辨率，第一电容132，包括第一电极1321、第二电极1324，衬底133上设置有凹槽，在衬底133设置有凹槽的表面设置有第二电极1324，第二电极1324在凹槽处向下凹陷，第二电极1324覆盖在凹槽的内表面，第二电极1324上设置有电介质层1323，电介质层1323上覆盖有第一电极1321，第一电极1321与电感131的第一端连接；第二电极1324与电感131的第二端连接。电感131设置于衬底133的上表面，以接收待测光，即光子或光子束等。
[0062]
需要说明的是，电感131位于衬底133的上表面在一种情况下是指衬底133的最上一层，以便待测光能够照射到电感131上，电感131可以位于衬底133上没有第一电极1321
(或第一电容的电极)的区域，此时电感131与最上层的电极是在同一表面，也即电感131与第二电极1324设置在衬底133上的不同区域。如此设置能够使得结构更加紧凑、简便。在另一种情况下，电感131位于衬底133的上表面是指电感131设置在第一电极1321的上方，此时电感131与第一电极1321并未在一个平面上，电感131可以在第一电极1321的正上方或斜下方，优选的，此时电感131和第一电极1321之间通过绝缘层隔绝。如此设置能进一步提高分辨率。为了便于理解，请参阅图3和图4。
[0063]
如图3所示，绝缘层1312设置与第一电极1321上，且绝缘层1312上开设有通孔，以使电感131分别与第一电极1321、第二电极1324连接。示例性的，如图5所示，第一电极1321和/或第二电极1324也可以通过触点1322和电感131连接。
[0064]
当第一电极1321向下凹陷时，如图4所示，绝缘层1312填充第一电极1321形成的凹槽，且绝缘层1312上开设有通孔，以使电感131分别与第一电极1321、第二电极1324连接。
[0065]
图3和图4仅示出的电感131和第一电容132的电极的位置关系仅为便于理解作出的示例，不应作为对本技术的限制。
[0066]
图3和图4仅示出了电感131和第一电容132的电极的位置关系，电感131的具体结构可以根据实际需求设置。为了便于理解，请参阅图5。如图5所示，电感131设置在绝缘层1312上，此时，电感131可以嵌设在绝缘层1312内(如图3、4所示)，也可以设置在绝缘层1312的表面(未示出)。由于绝缘层1312上开设的通孔，使得电感131分别与第一电极1321、第二电极1324连接(或电感131分别与第一电极1321、第二电极1324通过触点1322连接)。图5所示的电感的设置方式仅为便于理解，电感的具体结构及形状可以根据实际需求设置，此处不对电感的具体结构及形状进行限制。
[0067]
第一电极1321和第二电极1324是导电材料制造，例如可以是金属层，如铜、银等，第二电极1324还可以是n+硅层、p+硅层。电介质层1323为绝缘层，如sio2层。
[0068]
在一种实施方式中，为了便于将第二电极1324与电感131连接，在衬底133上还设置有触点1322，该触点1322用于将电感131和第一电极1321和/或第二电极1324连接，且该触点1322能够导电。为了便于理解，请参阅图2。可以理解的是，除了此处设置触点1322的方式外，还可以通过其他方式连接第二电极1324与电感131，例如，可以在第二电极1324上覆盖的电介质层1323开设一个通孔，电感131通过该通孔与第二电极1324连接。此处不对其具体的连接方式作出限制。
[0069]
在一种实施方式中，电介质层1323在凹槽处向下凹陷，电介质层1323覆盖在所述凹槽内的第二电极1324的表面，第一电极1321在所述凹槽处向下凹陷，第一电极1321覆盖在所述凹槽内的所述电介质层1323的表面(参见图2)或第一电极1321填充电介质层1323向下凹陷形成的凹槽(参见图6)。这样的设置能够在有限的面积的情况下，通过立体的方式，增加第一电极1321和第二电极1324之间的正对面积，以增大第一电容的容积，以提高空间利用率，进而提高了探测单元的空间分辨率。
[0070]
在一实施方式中，衬底133上设置的凹槽的数量可以仅有1个，也可以有多个。在第一电容132占据衬底133相同的面积的情况下，设置的凹槽的数量越多，第一电容132的第一电极1321和第二电极1324的正对面积越大，使得电容容值越大。其中，在衬底133上设置有多个凹槽时，凹槽的具体排列方式可以根据实际需求设置，如阵列式，此处不对其具体排列方式作出限制。衬底可以是硅衬底。
[0071]
在面积一定的情况下，凹槽的深度越深，第一电容132的电容值越大；凹槽的横截面积越大，第一电容132的电容值越小；中心距越大，第一电容132的电容越小；上述中心距是指相邻的凹槽之间的间距。
[0072]
以凹槽为圆柱状孔的第一电容132为例。
[0073]
当凹槽深度为30um，凹槽直径为3um，中心距为3.5um，第二电极1324为30nm时，可以实现电容值大于30nf/mm2的电容；
[0074]
当凹槽深度为30um，凹槽直径为1.5um，中心距为3.5um，第二电极1324为30nm时，可以实现电容值大于60nf/mm2的电容；
[0075]
当凹槽深度为60um，凹槽直径为1.5um，中心距为3.5um，第二电极1324为30nm时，可以实现电容值大于120nf/mm2的电容；
[0076]
当凹槽深度为60um，凹槽直径为1.5um，中心距为3um，第二电极1324为30nm时，可以实现电容值大于140nf/mm2的电容。
[0077]
例如，深度在0-70um，凹槽直径1-3um，中心距2-3.5um，电介质层30nm的立体的第一电容132，可以实现》30nf/mm2电容，较相同面积的普通平面电容1nf/mm2提高30倍以上。其中，电容计算公式为c＝ε*a/d，其中c为电容值，ε为介质的介电常数ε＝ε0εr，其中ε0真空介电常量，εr为电介质层的相对介电常数，a为电容极板正对面积，d为极板间距。例如，单个第一电容132作圆形深孔形状阵列，直径φ＝3um，深h＝30um，中心距p＝3.5um，绝缘介质层厚度d＝30nm，sio2相对介电常数一般为εr＝3.9-4.5，则此时电容c值约为c＝8.85e-12*4*π*φ*h/d＝0.4pf，则1mm2上电容值约为30nf。如单个超导探测单元130所需第一电容132值为10pf，则仅需4*5阵列的电容即可，占用面积为14um*17.5um。此时单个超导探测单元130有效感光面积为2um*20um，则可设置单个超导探测单元130的像素尺寸中心距为20um。
[0078]
其中，上述凹槽可以是柱状的凹槽，例如可以是圆柱、三棱柱、长方体等，在此不作限制。
[0079]
凹槽的底部可以是一个平面(如图7)，也可以是一个弧面(如图2)，此处不对凹槽底部的具体形状进行限制。
[0080]
在一实施例中，电感131设置在第一电容132的上方，这里所说的上方可以是正上方，也可以是斜上方；电感131可以设置在没有被第一电极1321(或第一电容132的电极(当多个电极并联时，有可能是第二电极1324在最上方))完全覆盖的电介质层1323的表面，同样也可以设置在没有被任何部件覆盖的衬底133的上表面的区域；且电感131的一端与第一电极1321连接，另一端与第二电极1324连接。此种设置方式能够充分利用间隙以提高空间分辨率。
[0081]
一种实施方式下，可以在第一电极1321的表面覆盖绝缘层，在绝缘层的表面设置电感131，同样的，电感131的一端与第一电极1321连接，另一端与第二电极1324连接。绝缘层的表面能够按需设置电感数量，以满足分辨率的要求。此设置方式能够进一步降低第一电容132在光子照射表面占据的面积，即在一定面积的情况下增大电容。
[0082]
一种实施方式下，第一电容132还可以是由多个子电容并联构成，以增大电容。
[0083]
在本实施例中，参见图6，第一电容132包括多个第一电极1321和/或多个第二电极1324，每个第一电极1321均与电感131的同一端连接，每个第二电极1324均与电感131的未连接第一电极1321的一端连接。
[0084]
在本实施例中，上述多个第二电极1324和电介质层1323以及第一电极1321周期性设置形成多层级的第一电容132，其中越靠近衬底133的层级尽量覆盖凹槽，从而利用高度方向增大电容的大小，进而提高空间利用率，以提高探测分辨率。示例性的，第一电容132包括3个第二电极1324、两个第一电极1321，在衬底133的上方，层叠设置第二电极1324、电介质层1323、第一电极1321、电介质层1323、第二电极1324、电介质层1323、第一电极1321、电介质层1323、第二电极1324，如此以形成周期性设置。
[0085]
为了提升超导探测器100的集成度，提高通过超导探测器100的图像的分辨率，可以采用上述的超导探测单元130来构建超导探测器100。请参阅图8，图8为本技术实施例提供的一致超导探测器100的电路原理图。
[0086]
超导探测器100，包括第一信号线110和至少一个超导探测单元130，每个超导探测单元130的电感131的第一端通过一耦合电容140与第一信号线110连接，每个超导探测单元130的电感131的第二端接地，不同超导探测单元130对应的耦合电容140的电容值不同。其中，耦合电容140用于将不同的超导探测单元130隔离起来，防止不同超导探测单元130的共振频率互相影响。通过设置耦合电容140，能有效防止不同超导探测单元130之间的互相干扰。
[0087]
在一实施例中，每个所述超导探测单元130的所述电感131呈阵列分布。
[0088]
在一实施例中，第一信号线110和耦合电容140设置在超导探测单元130的衬底133设置有电感131的一侧，此时，每个超导探测单元130的第一电容132的第一电极1321通过耦合电容140与第一信号线110连接，第二电极1324接地；或者，每个超导探测单元130的第一电容132的第二电极1324通过耦合电容140与第一信号线110连接，第一电极1321接地。
[0089]
为了便于理解，请参阅图9、图10。图9为超导探测单元130的第一电容132的第一电极1321通过耦合电容140与第一信号线110连接的示意图。图10为超导探测单元130的第一电容132的第二电极1324通过耦合电容140与第一信号线110连接的示意图。
[0090]
另一种实施方式下，第一信号线110和耦合电容140设置在超导探测单元130的衬底133远离电感131的一侧，耦合电容140的一端与超导探测单元130的第二电极1324连接，耦合电容140的另一端与所述第一信号线110连接。具体的，如图11所示。由于如图9、图10所示的方案中，需要在超导探测器100阵列表面制造一条贯穿整个探测阵列的传输线，即第一信号线110，同时耦合电容140也需要占用较大面积，因此，本方案中将超导探测器100信号传输线即第一信号线110、耦合电容140和超导探测器100单元分列在衬底133的两侧，能够减小光探测面即电感所在面的占用面积，提高了光感面的利用率，从而进一步提高了探测器的分辨率。
[0091]
同时，耦合电容140同样也可采用如上述第一电容132的结构。
[0092]
请参阅图12，本技术还提供一种超导探测系统10，该超导探测系统10包括功分器200、上述超导探测器100、混频器300和模数转换器。
[0093]
其中，功分器200包括第一输出端和第二输出端，功分器200用于接收微波信号，并通过第一输出端和第二输出端将微波信号分为两路输出。
[0094]
超导探测器100的第一信号线与功分器200的第一输出端连接，用于接收微波信号，超导探测器100用于对待探测光信号进行探测，并利用微波信号作为载波，利用带探测光信号对微波信号进行改变，进而得到测量信号。
[0095]
混频器300分别与功分器200的第二输出端和超导探测器100的第一信号线110连接，混频器300用于比较微波信号与测量信号的幅度与相位差异，并输出比较后的模拟信号。
[0096]
模数转换器与混频器300连接，模数转换器用于将混频器300输出的模拟信号转换成数字信号输出。
[0097]
请参阅图13，本技术还提供一种多光子超导探测系统20，该多光子超导探测系统20包括分束器400、超导探测器100，分束器400的输入端用于接收待探测光信号，分束器400包括多个输出端。超导探测器100包括多个超导探测单元130，分束器400的多个输出端一一与多个超导探测单元130的电感131对应设置，使得从分束器400的输出端输出的光子能作用在对应的超导探测单元上，进行探测。如此设置能够实现多个光子的同时探测。
[0098]
请参阅图14，在一实施例中，多光子超导探测系统20中，还包括延迟器件500，分束器400的输出端与m个延迟器件500的输入端一一对应连接；超导探测器100包括n个超导探测单元130；其中，m、n均为正整数，m》n；将m个延迟器件500分为n组。
[0099]
n组所述延迟器件与n个所述超导探测单元一一对应设置，其中，所述延迟器件的输出端与所述超导探测单元的电感对应设置，组内的不同的延迟器件500的延迟时间不同。
[0100]
例如，如图15所示，m＝7,n＝4，因此，将7个延迟器件500分成了4组，每组包含的延迟器件500的数量分别为2个、3个、1个、1个，由于需要对7个光子进行检测，则需要将光子利用分束器400分成4组，分别光子数为2、3、1、1，以利用相应的超导探测单元130进行探测，而对于具有2个或3个延迟器件500对应的超导探测单元130，则需要利用延迟器件500，对每个光子的达到时间进行调整，以使得光子在不同的时间到达超导探测单元130，进而在空间、时间上均进行了多光子探测，提升了图像分辨率。
[0101]
请参阅图16，在一实施例中，多光子超导探测系统20中的超导探测器100只包含一个超导探测单元时，为了实现多光子探测，则需要利用分束器400和延迟器件500配合实现。分束器400的输入端用于接收待探测光信号，分束器400的输出端与多个延迟器件500的输入端一一对应连接；延迟器件500的输出端与超导探测单元的电感131对应设置，多个延迟器件500的延迟时间不同。分束器400将多个光子分别输出到不同的输出端，而经过具有不同延迟时间的延迟器件500后光子到达超导探测单元130的电感131的时间不同，从而能够在同一超导探测单元130上进行多光子不同时间的探测。
[0102]
其中，上述的分束器可以是任意型号、任意规格的分束器，在实际应用中时，根据实际需求选择即可，其中，延迟器件500的延迟时间大于等于超导探测单元130探测单个光子所需的时间。上述延迟器件500可以是延迟线，可以根据实际的延迟需求，选择对应的延迟器件500。
[0103]
在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种超导探测单元，其特征在于，包括：电感，所述电感用于接收待探测光信号以产生电信号；第一电容，包括第一电极、第二电极；衬底，所述衬底上设置有凹槽，所述第二电极设置在所述衬底设置有凹槽的表面，所述第二电极在所述凹槽处向下凹陷，所述第二电极覆盖在所述凹槽的内表面，所述第二电极上设置有电介质层，所述第一电极覆盖在所述电介质层上，所述第一电极与所述电感的第一端连接，所述第二电极与所述电感的第二端连接；所述电感位于所述衬底的上表面。2.根据权利要求1所述的超导探测单元，其特征在于，所述电感位于所述第一电容的上方；或，所述第一电极表面覆盖有绝缘层，所述电感设置于所述绝缘层表面。3.根据权利要求1所述的超导探测单元，其特征在于，所述电介质层在所述凹槽处向下凹陷，所述电介质层覆盖在所述凹槽内的所述第二电极的表面，所述第一电极在所述凹槽处向下凹陷，所述第一电极覆盖在所述凹槽内的所述电介质层的表面，或，所述电介质层在所述凹槽处向下凹陷，所述电介质层覆盖在所述凹槽内的所述第二电极的表面，所述第一电极填充所述电介质层向下凹陷形成的凹槽。4.根据权利要求1所述的超导探测单元，其特征在于，所述第一电容包括至少两个凹槽；和/或，所述第一电容包括多个子电容，多个所述子电容并联后与所述电感连接；和/或，所述第一电容包括多个第一电极和/或多个第二电极，每个第一电极均与所述电感的第一端连接，每个第二电极均与所述电感的第二端连接；和/或，所述第一电容包括多个第一电极和/或多个第二电极，所述第二电极、电介质层、第一电极周期性设置。5.一种超导探测器，其特征在于，包括：第一信号线；至少一个如权利要求1-4任一项所述的超导探测单元；与所述超导探测单元的数量相同的多个耦合电容，每个所述超导探测单元对应一个所述耦合电容；每个所述超导探测单元的电感的第一端通过对应的耦合电容与所述第一信号线连接，不同超导探测单元对应的所述耦合电容的电容值不同。6.根据权利要求5所述的超导探测器，其特征在于，每个所述超导探测单元的所述电感呈阵列分布；和/或，所述超导探测器包括至少两个所述超导探测单元；所述衬底包括至少两个，至少两个所述衬底层叠设置；至少两个所述超导探测单元的所述电感设置于最上层的衬底上表面，至少两个所述超导探测单元的所述第一电容分别位于所述至少两个所述衬底上，其中，每个所述超导探测
单元的所述第一电容位于同一个所述衬底上；和/或，所述第一信号线和所述耦合电容设置在所述超导探测单元的衬底远离所述电感的一侧，所述耦合电容的一端与所述超导探测单元的电感的第一端连接，所述耦合电容的另一端与所述第一信号线连接。7.一种超导探测系统，其特征在于，包括：功分器，所述功分器包括第一输出端和第二输出端，所述功分器用于接收微波信号，并将所述微波信号通过所述第一输出端和第二输出端输出；中第一输出端作为探测信号，第二输出端作为参考信号；如权利要求5-6任一项所述的超导探测器，所述超导探测器的第一信号线与所述功分器的第一输出端连接，所述超导探测器用于接收所述微波信号，在所述超导探测器探测到待探测光信号的情况下，所述微波信号产生改变，得到测量信号；混频器，所述混频器的输入端分别与所述功分器的第二输出端和所述超导探测器的第一信号线连接，所述混频器用于比较所述微波信号与所述测量信号的幅度与相位差异，并输出比较后的模拟信号；模数转换器，所述模数转换器与所述混频器连接，所述模数转换器用于将所述混频器输出的模拟信号转换成数字信号输出。8.一种多光子超导探测系统，其特征在于，包括如权利要求5-6任一项所述超导探测器，所述超导探测器包括多个超导探测单元；分束器，所述分束器的输入端用于接收待探测光信号，所述分束器包括多个输出端，所述分束器的多个输出端与多个所述超导探测单元各自的电感一一对应设置，其中，所述分束器的不同的输出端对应不同的所述超导探测单元的电感。9.根据权利要求8所述的多光子超导探测系统，其特征在于，还包括m个延迟器件，所述分束器的输出端与m个所述延迟器件的输入端一一对应连接，m为正整数；所述超导探测器包括n个超导探测单元；其中，n为正整数，m>n；n组所述延迟器件与n个所述超导探测单元一一对应设置，其中，所述延迟器件的输出端与所述超导探测单元的电感对应设置，组内的不同的所述延迟器件的延迟时间不同。10.一种多光子超导探测系统，其特征在于，包括分束器、多个延迟器件和如权利要求5-6任一项所述超导探测器，所述超导探测器包括一个超导探测单元；所述分束器的输入端用于接收待探测光信号，所述分束器的输出端与多个所述延迟器件的输入端一一对应连接；所述延迟器件的输出端与所述超导探测单元的所述电感对应设置，所述多个延迟器件的延迟时间不同。

技术总结

本申请公开一种超导探测单元、超导探测器及超导探测系统，涉及超导探测的技术领域。该超导探测单元，包括电感、第一电容和衬底。电感用于接收待探测光信号，产生电信号；第一电容包括第一电极、第二电极；衬底上设置有凹槽，在衬底设置有凹槽的表面设置有第二电极，第二电极在凹槽处向下凹陷，第二电极覆盖在凹槽的内表面，第二电极上设置有电介质层，电介质层上覆盖有第一电极，第一电极和第二电极分别与电感连接，电感位于衬底的上表面。由于将第一电容设置在凹槽内，使第一电容在衬底上占据的面积更小，降低了单个超导探测单元的面积，在同样面积的超导探测器阵列中，能布置更多的超导探测单元，提高了超导探测的分辨率，从而提高成像分辨率。成像分辨率。成像分辨率。