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超导纳米线单光子探测器(SNSPD)具备超高灵敏度、超低暗计数等优点，在可见光到红外光波段显示出优异的单光子探测能力。但是，传统的SNSPD通常工作在非线性模式，不具备光子数分辨的能力。然而，在线性光学、量子计算等许多领域，通常还要求探测器能够对入射的光子数进行分辨。 目前，基于SNSPD实现光子数分辨有三种方案，即SNSPDs阵列、并联超导纳米线探测器(PND)和串联超导纳米线探测器(SND)。但是SNSPDs阵列要求规模庞大的读出电路，PND存在电流重新分配的问题，而SND的读出电路简单，而且没有电流重新分配的问题，理论上能够分辨大量光子数，同时获得较高的系统效率，优势明显。因此，SND探测器是我们研究的核心内容。 本论文围绕可实现光子数分辨的SND探测器展开，详细分析了SND探测器的电热原理，并且设计、制备和测量了6像元SND探测器，即6个纳米线单元串联，每个纳米线单元两端并联一个电阻RP。主要成果为: 第一，优化了SND探测器的制备工艺。详细介绍了NbN薄膜、超导纳米线、金电极、NbN刻蚀掩膜、钛电阻和光学谐振腔的制备等六个工艺步骤和条件。与现有的SND探测器的制备工艺相比，这套工艺流程中只有超导纳米线需要使用电子束曝光，其余结构均可通过光刻实现，有利于保护纳米线的均匀性，降低微加工工艺难度，同时减少电子束曝光的次数和时间也能够降低探测器的制备成本。 第二，成功制备出了能够实现光子数分辨的6像元SND探测器。调节入射光功率，可以观察到6个不同幅度的光响应脉冲，并能分辨出6个光响应脉冲的阈值电压。此外，在实验测量过程中，该探测器能够一直工作在0.97IC处，没有电流重新分配问题。调节入射光功率，还能够观察到系统效率随光功率增加而压缩的现象。 第三，设计了可同时实现位置分辨和数目分辨的6像元SND探测器的结构。通过改变各个并联电阻RP的阻值，可在分辨光子数的同时实现光子的位置分辨。改变并联电阻的阻值时，保持钛电阻的薄膜厚度相同，只需改变电阻的长宽比以满足1/4∶3/8∶1/2∶1∶2∶4的比例关系，理论上就能够实现6个入射光子和26-1=63种空间位置的分辨。在微加工工艺中，只需要修改NbN刻蚀掩膜和钛电阻的光刻掩膜版就能制备出可同时实现位置分辨和数目分辨的6像元SND探测器。