En singelfotondetektor (SPD) är känslig för infallande av individuella ljuskvanta och har många tillämpningar inom fotonik, såsom fluorescensmätningar, laseravståndsmätning, optisk tidsdomänreflektometer och kvantoptikexperiment.
Nära-infraröda SPD:er vid telekommunikationsvåglängden 1550 nm är oumbärliga för fiberoptisk QKD, med val inklusive kryogena supraledande nanotrådsdetektorer (SNSPD) och elektriskt kylda InGaAs lavinfotodioder (APD). Tillsammans har APD:er praktiska fördelar för kompakthet, låg kostnad och att de inte kräver kylning med ultralåg temperatur.
I Geiger-läge måste APD:s starka kapacitiva svar på sub-nanosekunders grindning avvisas genom specialdesignad avläsningskrets för att möjliggöra detektering av svaga fotoninducerade laviner. Snabba grind- och avläsningskretsar lägger till utmaningar för modularisering och miniatyrisering, vilket är ett nödvändigt steg för att tjäna ett brett spektrum av applikationer.
En forskargrupp har nyligen utvecklat en ny avläsningskrets som innehåller ett filter för akustisk ytvåg (SAW) i en asymmetrisk radiofrekvens Mach-Zehnder-interferometer, kallad ultra-narrowband interference circuit (UNIC), och uppnådde enastående prestanda för smalbandsinterferens. bandavvisning av det kapacitiva SPD-svaret. Verket publiceras i tidskriften Advanced Devices &Instrumentation .
Tack vare SAW-filtrets långa gruppfördröjning kan UNIC-interferometern producera en ultrasmal bandavvisning med en tillverkningstolerans som lätt kan uppnås i RF-spårlängderna.
UNIC kan tillhandahålla ett brett och kontinuerligt passband i frekvensdomänen och ger därför liten distorsion i lavinsignalen. Teamet rapporterar sin utveckling av en fristående InGaAs SPD-modul som helt integrerar kör- och avläsningselektronik samt temperaturreglering och kompensation.
Dess dimension mäts bara 8,8×6×2 cm 3 och är nästan en faktor 4 mindre i volym än den mest kompakta existerande detektormodulen som använder en monolitiskt integrerad avläsningskrets. Samtidigt medför denna storleksminskning inte prestandaförsämring.
Forskargruppen använder sina tidigare UNIC-tekniker för APD-signalavläsning, men lägger till en automatisk temperaturkompensation för att säkerställa optimal prestanda över ett brett omgivningstemperaturområde.
Med en 1,25 GHz klockingång kännetecknas modulen av att ha jämförbar prestanda som sin motsvarighet byggd med bänkutrustning. UNIC-SPD uppvisar utmärkt prestanda med en nettodetekteringseffektivitet på 30 % vid en efterpulsningssannolikhet på 2,4 % under 3 ns uppehållstid. Den kompakta storleken och toppmoderna prestanda ger UNIC-SPD-modulen en enorm potential för enfotonavbildning och höghastighetsdistribution av kvantnyckel.
Mer information: Haoyang Wang et al, Framsteg på chipbaserad spontan fyrvågsblandning av kvantljuskällor, Avancerade enheter och instrumentering (2023). DOI:10.34133/adi.0032
Tillhandahålls av Advanced Devices &Instrumentation
