超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因其高探测效率,低暗计数,低时间抖动,宽响应光谱等诸多优点而在量子通信,卫星激光测距,深空激光通信,光时域反射仪,海雾测量,大气探测激光雷达等领域中有着重要的应用。氮化铌(NbN)是SNSPD常用的光敏材料,同时NbN纳米线也是SNSPD器件核心组成部分,其光子传输性质是影响器件效率的关键因素之一。目前超导纳米线电学特性研究比较深入,但其光学特性研究较少。本文章基于NbN纳米线的光学特性展开,设计并加工制备了四种SNSPD器件结构,使用光谱仪测量了这四种结构的光吸收效率,并结合实验测量数据和FDTD的仿真结果系统探究了这四种SNSPD器件结构的光学特性。还搭建了微米量级的SNSPD光敏面的光学特性测量系统,目前可用于测量常温下的有效纳米线探测区域的光吸收效率。后期搭配制冷机还可用于测量低温下SNSPD纳米线的光学特性。本论文主要成果如下:第一,为了比较不同材料结构的SNSPD对光吸收率的影响,我们设计了四种SNSPD结构,(1)背面入射的以双面热氧化硅为衬底的结构;(2)背面入射的以双面SiN硅为衬底的结构;(3)正面入射的硅衬底上以金属Au层+SiN层为反射镜的结构;(4)正面入射的以布拉格反射镜(DBR)为基底的结构。并在以上四种衬底结构上,各自溅射沉积了不同厚度的NbN薄膜,以观察NbN薄膜的厚度对光吸收率的影响。第二,我们使用光谱仪测量了四种结构中所用衬底的反射率和透射率分析发现有减反层的双面SN硅衬底因其SiN介电常数满足Si与空气之间的阻抗匹配条件,可以基本消除反射作用,使反射率降低至0.9%。还测量了不同NbN厚度条件下这些结构的光吸收效率。通过分析,我们观察到不同结构下的最佳NbN厚度与光子吸收效率的关联为:双面热氧化硅衬底上的NbN薄膜在1606nm波长处光吸收率最大为91.7%,其他结构在最佳NbN厚度条件下各自的光吸收率都能高达99%以上。其中双面SiN的硅衬底上NbN薄膜的最大光吸收效率为99.3%,Au金属层+SiN结构为99.8%,DBR结构为99.9%,并将以DBR为衬底的器件测量数据与FDTD的仿真数据做了差异性分析。这些结果对设计并研制出高系统效率的SNSPD具有重大意义。第三,普通的光谱仪只能测量毫米量级的探测区域,而一般的器件是微米量级,制作难度较大。为此我们使用环行器和光功率计设计了微米量级的光学特性测量系统。并对我们所制备的以DBR为衬底的高效率正面对光SNSPD器件的光敏面纳米线区域进行了测量,其吸收率可达95%以上。