超导纳米线单光子探测器(SNSPD)自2001年出现以来,因为具有高探测效率、低暗计数率、低时域抖动、高计数率等优点,成为单光子探测器领域的研究热点。尽管SNSPD的性能已经非常优越,但这些好的性能尚未在同一个器件上产生,尤其是,SNSPD的探测效率和时域抖动之间存在相互制约的关系。为了同时实现具有低时域抖动和高探测效率的SNSPD,需要在理论方面廓清产生SNSPD时域抖动的物理机制,为降低SNSPD时域抖动的实践提供理论依据;也需要创新器件结构,降低时域抖动的同时不影响探测效率。本论文围绕上述SNSPD时域抖动的物理机制和器件结构两个方面开展研究工作。在时域抖动理论方面,阐明引起SNSPD时域抖动的一种机制——纳米线空间不均匀性引起的时域抖动;建立纳米线空间不均匀性引起的时域抖动的仿真模型;利用该模型模拟和分析了这种时域抖动;讨论了测量和减小这种时域抖动的方法。在减小时域抖动的器件结构方面,提出集成电流库的SNSPD,在不影响探测效率的前提下减小噪声和纳米线空间不均匀性引起的时域抖动。论文阐明这种器件结构的概念、工作原理,论文工作包括了对器件进行了设计、加工和测试。对理论预言的电流库的主要特性——放大时域脉冲和增加信噪比,减小时域抖动而不影响器件效率——进行了实验验证,实验结果与理论设计和预言吻合。理论结果和实验结果都表明:集成了电流库结构的SNSPD可以同时实现高探测效率和低时域抖动。