Планарные фотонные структуры с интегрированными сверхпроводниковыми однофотонными детекторамиPlanar photonic structures with integrated superconducting single-photon detectors

Диссертационное исследование посвящено разработке планарных фотонных структур с интегрированными сверхпроводниковыми однофотонными детекторами на основе NbN. Методической основой исследования является сочетание численного электромагнитного моделирования, технологической разработки и экспериментальной характеризации детекторных устройств в криогенных условиях. В работе рассмотрена многослойная структура «волновод–буферный слой–сверхпроводниковая нанополоска» на платформе Si₃N₄/SiO₂ и показано, что параметры верхнего планарного слоя определяют эффективность оптического сопряжения волноводной моды с чувствительной областью детектора. Разработан технологический маршрут изготовления планарных фотонных интегральных структур с интегрированными SNSPD, включающий формирование волноводов, планаризацию диэлектрических слоёв, нанесение сверхпроводящей плёнки и создание электрических контактов. Выполнено моделирование поглощения излучения в сверхпроводниковой нанополоске, рассчитаны и изготовлены элементы оптического сопряжения «волокно–чип», а также исследованы временные характеристики полученных устройств. Разработанные подходы реализованы для волноводно-интегрированных детекторов и для архитектуры сверхпроводникового однофотонного детектора, интегрированного в параболическое зеркало. Полученные результаты могут быть использованы при создании многоканальных фотонных интегральных схем для квантовой фотоники, квантовой связи и криогенной оптоэлектроники.