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『读文献』（十九）超导隧道结与单光子测量
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超导隧道结我在本科时的一门选修课里就学过，但是一直都没有理解其用途。最近思考高采样率的天文观测，想起之前听说过对蟹状星云脉冲星进行过光学观测。查了查文献，发现是用超导隧道结实现的（关于超导隧道结可以参考http://en.wikipedia.org/wiki/SIS_tunnel_junction#cite_note-9，http://sci.esa.int/sre-fi/33525-stj-detectors/）。简单地说就是光子打在超导隧道结上的时候能改变超导隧道结的能态，产生隧穿电流，通过测量隧穿电流可以测量光子能量。
超导隧道结由两层超导体中间夹一层绝缘体构成。由于强度的原因，通常这层绝缘体是Al$_2$O$_3$。这对于以Al为超导材料的超导隧道结是方便的，而对于其他金属就需要再绝缘层两边各加一层Al。
通常情况下，在没有偏置电压的情况下可以测量到库伯对隧穿产生的电流，但是没有准粒子（声子）隧穿产生的电流。入射的光子可以改变超导隧道结的能态，从而改变库伯对和准粒子的隧穿，通过测量隧穿电流的变化可以测量入射光子的到达时间、能量。
能量分辨能力（能量分辨率的倒数）可以表示为
$R=\frac{E}{2.355\sqrt{1.74\Delta E(F+G)}}$
其中$E$是入射光子能量，F=0.22，G~1是两个表征噪声的参数。对于某些能隙小的超导材料，能量分辨率在350 nm可以达到3%。重要的是，使用超导隧道结可以将光学观测的时间分辨率提高到~1 $\mu$s。这是将光学天文带入新时代的器件。
Peacock et al. 1996, Nature, 381, 135
https://blog.sciencenet.cn/blog-117333-723488.html
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