超导单光子探测器：让望远镜效率飙升的黑科技！
究竟什么是耦合效率？超导探测器又扮演了怎样的角色？ 让我们一探究竟！
光纤耦合：光子“排队进水管”的艺术
想象一下，光纤就像一根超细的水管，而光子则是水流。耦合效率，就是水流（光子）成功进入水管（光纤）的比例。若水管口没对准水源，或者水流角度不对，大部分水会洒在外面——光纤耦合效率低，意味着大量光子“迷路”，测距信号自然变弱。
在天琴激光测距系统中，团队发现：当望远镜因偏移角度产生微小偏差时，光束的相位、强度和在光纤端面的位置都会变化，就像“手抖导致水管口晃动”。这不仅降低耦合效率，还直接影响测距精度，尤其在探测月球、高轨卫星等极远目标时，每个光子都弥足珍贵。
如何精准捕捉这些“调皮”的光子？天琴团队祭出了杀手锏——四像素超导纳米线单光子探测器（SNSPDs），具有超高灵敏度、高速、低噪声等优势，几乎能瞬间响应每一个到达的光子，避免“漏网之鱼”。
实验中，团队通过调整望远镜的偏移角度（0到12角秒），用SNSPDs记录不同角度下的光子数变化，最终绘制出耦合效率曲线。结果发现：当偏移角超过8角秒，耦合效率几乎归零——就像水管口完全偏离水源，一滴水也接不到！
通过对比理论计算与实测数据，团队发现：耦合效率的实测值与理论预测的偏差仅4.48%！这一微小误差主要源于光纤安装的机械偏差。
工程验证：可直接用于已安装光纤的天文望远镜系统，无需额外搭建测试平台。
状态监控：实时监测望远镜对准状态，提升数据获取效率。
深空探测：为月球激光测距、空间碎片追踪等任务提供技术保障。
未来展望：穿越云层的挑战
尽管成果亮眼，团队也指出：天气因素（如云层、雾气）可能干扰测量。未来，结合自适应光学技术或能进一步突破环境限制。此外，SNSPDs的多像素阵列化设计，有望实现更大视场的光子捕获，让“宇宙水管”永不“断流”！
从实验室到星空，超导单光子探测器正重新定义光与光纤的“对话方式”。下一次，当你仰望月球，或许有一束激光正以更高的效率穿越38万公里，承载着人类探索宇宙的野心与智慧。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.measurement.2024.115469
公司核心产品超导单光子探测系统性能指标居于国际领先地位，已在全球销售近200台套，国内市场占有率超过80%。在量子信息领域，公司深度参与“九章”光量子计算优越性实验、千公里光纤量子密钥分发实验、基于纠缠的城域量子网络实验等重大原创性成果，相关成果在Nature、Science、Nature Photonics等高水平期刊发表百余篇。同时，公司持续拓展激光测距、生物成像、表面化学、天文观测、集成电路无损探伤等前沿方向的应用。
公司先后承担科技部2030量子专项、省市科技重大专项等项目，牵头/参与制定国际、国家和行业标准的研制，获得2019年度中国光学工程学会技术发明一等奖等荣誉。
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