Supraledande nanotrådsdetektorer med enkelfoton (SNPD) har använts i stor utsträckning i olika applikationer som kräver enfotondetektion tack vare deras attraktiva prestanda. Eftersom SNSPD:er är tunna filmer av serval nanometer i tjocklek, är de bekväma att tillverka på olika substrat och kombinera med andra fotoniska strukturer.
SNSPD:er har integrerats med optiska vågledare på flera materialplattformar. De vågledarintegrerade SNSPD:erna har använts i flera tillämpningar av kvantfotoniska kretsar (QPCs), som stöder vissa fotoniska kvantinformationsfunktioner såsom mätning av kvantinterferens på chipet.
Fotonräkningsspektrometern för ultrasvagt ljus på en fotonnivå är en annan intressant tillämpning. Nyligen har flera arbeten på fotonräkningsspektrometrar baserade på SNSPD:er och mikro/nanofotoniska strukturer på chipet också rapporterats. I dessa arbeten modulerar de mikro/nano-fotoniska strukturerna de spektrala svaren hos SNSPD:er.
Men de leder också till spridningsförluster och begränsar fotonutnyttjandet av mätningen av ultrasvagt ljus på en fotonnivå. Det är ett intressant ämne hur man realiserar SNSPD-spektralresponsmodulationerna utan någon fotonförlust.
Prof. Wei Zhangs team från Electronic Engineering Department vid Tsinghua University, i samarbete med teamet av Prof. Lixing You från Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (SIMIT, CAS, Kina), föreslog en ny rekonstruktiv fotonräkningsspektrometer baserad på den kaskadkopplade absorptionseffekten av en SNSPD-array.
I detta schema diffrakteras fotonerna med olika våglängder av ett Rowland-gitter till olika platser i fokusområdet på chipet. SNSPD-matrisen finns över fokusområdet. Varje SNSPD i arrayen har olika mönster, som styr absorptionen av den supraledande nanotråden på olika platser.
Verket publiceras i tidskriften Advanced Devices &Instrumentation .
Det spektrala svaret för denna SNSPD bestäms av dess mönster och den kaskadformade absorptionseffekten av SNSPD:erna före den. Baserat på denna mekanism kan det spektrala svaret för varje SNSPD i arrayen utformas flexibelt, vilket stöder funktionen hos en rekonstruktiv fotonräkningsspektrometer. I mätningen skulle alla fotoner absorberas i SNSPD-matrisen utan någon fotonförlust i princip.
Forskargruppen tillverkade en prototypenhet och demonstrerade mekanismen för SNSPD-spektralresponsmodulering i det föreslagna schemat, som är baserat på den kaskadformade absorptionseffekten av SNSPD-arrayen. Experimentresultaten visade att prototypanordningen stödde mätning och rekonstruktion av ljusspektrumet på en enda fotonnivå. Den spektrala upplösningen för mätningen är 0,4 nm i våglängdsområdet 1495–1515 nm.
Detta arbete föreslog en rekonstruktiv fotonräkningsspektrometer som kombinerar ett Roland-gitter på chipet och en SNSPD-array. Den kan mäta och rekonstruera spektrumet av svagt ljus på en fotonnivå med högt fotonutnyttjande i princip. En prototypenhet designades och tillverkades för att demonstrera principen för schemat, vilket visar att de spektrala svaren hos SNSPD:erna bestäms av deras mönster och kaskadabsorptionseffekten av SNSPD-matrisen.
Experimentresultaten visade att prototypanordningen stödde spektralmätning och rekonstruktioner. Spektralupplösningen är 0,4 nm i våglängdsområdet 1495 ~ 1515 nm. Denna forskning ger ett intressant och lovande sätt att utveckla en fotonräkningsspektrometer med högt fotonutnyttjande.
Mer information: Jingyuan Zheng et al, en fotonräknande rekonstruktiv spektrometer på chip med skräddarsydd kaskaddetektormatris, Avancerade enheter och instrumentering (2023). DOI:10.34133/adi.0021
Tillhandahålls av Advanced Devices &Instrumentation
