Een single-photon detector (SPD) is gevoelig voor de inval van individuele lichtkwanta en heeft vele toepassingen in de fotonica, zoals fluorescentiemetingen, laserbereik, optische tijddomeinreflectometer en experimenten met kwantumoptica.

Nabij-infrarood SPD's met een telecommunicatiegolflengte van 1550 nm zijn onmisbaar voor glasvezel-QKD, met keuzes als cryogene supergeleidende nanodraad-single-photon-detectoren (SNSPD) en elektrisch gekoelde InGaAs-lawinefotodiodes (APD's). Samen hebben APD's praktische voordelen wat betreft compactheid, lage kosten en geen koeling op ultralage temperaturen.

In de Geiger-modus moet de sterke capacitieve reactie van APD op poorten van minder dan nanoseconden worden afgewezen via een speciaal ontworpen uitleescircuit om detectie van zwakke, door fotonen veroorzaakte lawines mogelijk te maken. Snelle poort- en uitleescircuits voegen uitdagingen toe aan de modularisering en miniaturisatie, wat een noodzakelijke stap is om een ​​breed scala aan toepassingen te bedienen.

Een onderzoeksgroep heeft onlangs een nieuw uitleescircuit ontwikkeld dat een oppervlakte-akoestische golffilter (SAW) integreert in een asymmetrische radiofrequentie Mach-Zehnder-interferometer, ook wel ultra-narrowband interferentiecircuit (UNIC) genoemd, en heeft uitzonderlijke prestaties gerealiseerd voor smalbandinterferentiecircuits. bandafwijzing van de capacitieve respons van de SPD. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Devices &Instrumentation .

Dankzij de lange groepsvertraging van het SAW-filter kan de UNIC-interferometer een ultra-smalle bandonderdrukking produceren met een productietolerantie die gemakkelijk haalbaar is in de RF-spoorlengtes.

De UNIC kan een brede en continue doorlaatband leveren in het frequentiedomein en brengt daardoor weinig vervorming in het lawinesignaal. Het team rapporteert hun ontwikkeling van een stand-alone InGaAs SPD-module die de rij- en uitleeselektronica, evenals de temperatuurregeling en -compensatie volledig integreert.

De afmetingen zijn slechts 8,8×6×2 cm ³ en is qua volume bijna een factor 4 kleiner dan de meest compacte bestaande detectormodule die gebruik maakt van een monolithisch geïntegreerd uitleescircuit. Tegelijkertijd leidt deze verkleining niet tot een verslechtering van de prestaties.

Het onderzoeksteam gebruikt hun eerdere UNIC-technieken voor het uitlezen van het APD-signaal, maar voegt een automatische temperatuurcompensatie toe om optimale prestaties over een breed omgevingstemperatuurbereik te garanderen.

Met een klokingang van 1,25 GHz wordt de module gekenmerkt door vergelijkbare prestaties als zijn tegenhanger die is gebouwd met benchtopapparatuur. De UNIC-SPD vertoont uitstekende prestaties met een netto detectie-efficiëntie van 30% bij een napulswaarschijnlijkheid van 2,4% onder een uitsteltijd van 3 ns. Het compacte formaat en de ultramoderne prestaties bieden de UNIC-SPD-module een enorm potentieel voor beeldvorming met één foton en snelle distributie van kwantumsleutels.

Meer informatie: Haoyang Wang et al., Vooruitgang op het gebied van op chips gebaseerde, spontane viergolfsmengende kwantumlichtbronnen, Geavanceerde apparaten en instrumenten (2023). DOI:10.34133/adi.0032

Aangeboden door Advanced Devices &Instrumentation