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   超导纳米线单光子探测手艺引见

超导纳米线单光子探测手艺引见



单光子探测手艺广泛用于通信、量子信息、荧光和推曼光谱学等范畴,特别是量子信息计数和微光探测手艺很要害的器件之一。现在,可用的单光子探测器件有:光电倍增管(PMT),事情在盖革形式下的雪崩光电二级管(APD)等。在400至900nm光波段,以硅APD为敏感元件的单光子探测器机能优越,暗计数小于25cps,量子效力在650nm四周可高达到70%。但因为带隙宽度的限定,硅APD对波长1微米以上的光没有相应。在远红外光波段(1100~1650nm),现在机能很好的是基于铟镓砷()APD的单光子探测器,其量子效力在1.55μm波长处能达约25%,暗计数约10^3cps阁下。整体而言,岂论光电倍增管照样基于APD的单光子探测器,其量子效力、暗计数等机能近不克不及知足量子信息计数生长的需求,特别是针对所谓的线性量子盘算,对单光子探测器机能要求更高。纵然在传统的光纤通信和荧光光谱范畴的运用,对单光子探测器的机能进步也异常急迫。但是传统的单光子探测器的机能已根基到达极限,很易再有素质的进步。

2001年,俄罗斯Scontel公司基于超导纳米线手艺研发了超导单光子探测器(SSPD)改动了那一近况。此体系具有1-6个自力的通道,它的敏感区域为折叠的条状NbN薄膜。探测波长局限600~1700nm,险些完整掩盖APD 探测局限;最大探测效力>30%,已到达传统铟镓砷APD效力程度;暗计数<10/s,死工夫<10ns,最大计数率>200M/s,使它具有更高的探测速度和精度。这些机能比通例单光子探测器有了量的奔腾。

超导纳米线单光子探测器具有的单光子灵敏度低、低工夫发抖,锻恢复时间和无需门电路的上风使它在光子手艺前沿范畴有着普遍运用:
1.量子密钥分发(QKD)

关于光纤长距离QKD,1550nm波长的下机能探测手艺黑白常要害的。暗计数间接影响误码率,低暗计数和低工夫发抖的SSPD确保光子抵达工夫能够被准确丈量。别的QKD体系由于传统探测器存在安全漏洞易蒙受到“量子进击“,也能够运用SSPD防备。

2.光量子盘算
量子盘算计划对单光子探测手艺提出了严厉要求,需求探测器具有近似100%探测效力和光子数区分才能。跟着SSPD机能的稳步提拔,SSPD曾经最先被应用于量子信息科学(QIS)道理考证实验,检测多光子历程,在这些下难度实验中实现通信波长的下相符计数。

3.量子光源表征
SSPD联合超快泵浦光源和TCSPC电路,能够用来展开单原子和单份子两类单光子源特性测试。SSPD的低工夫发抖和红外敏感性使得我们可以或许在波长到达2微米的状况下仍能区分更短的光致发光寿命。SSPD能够被用来生长和表征种种范例的通讯波长光子对源。

4.典范太空对地通讯
空间对天通讯是通讯波长低工夫发抖探测器的需求的一个主要范畴。SSPD能够作为1550nm空中接收器,实现肯定激光功率条件下航天探测器到空中的高效数据传输。

5.集成电路检测
半导体产业对CMOS逻辑电路芯片毛病的适用化检测和诊断手艺也能够运用SSPD。在CMOS器件中,当开关发作时,饱和形式下的FETs会在导电沟道的夹断区发生一个很强的电场,那使得电子具有很下的能量。电子在丧失能量时会发射电子。跟着晶体管尺寸的减小,门尺寸也在减小。因而偏置电压也在减小,致使长波少光子发射,发射光子一般在远红外波段。应用SSPD实现对这些单光子的检测使得半导体产业能够剖析CMOS时期的时序参数。

6.分布式光纤温度测试
因为SSPD具有通讯波长单光子灵敏度、低暗计数、低工夫发抖、无需门电路事情的特性,它能够在光纤传感运用中获得运用。当光脉冲经由过程光纤时,因为发作推曼散射,会散射发生离别比泵浦波长长和短的微小散射光。SSPD能够检测这类单模光纤中泛起的异常微小的背向散射光旌旗灯号。经由过程对照这类差别波长推曼旌旗灯号的强度比值,能够得出温度信息。联合泵浦光脉冲和低工夫发抖SSPD和TCSPC电路供应的准时信息,我们可以获得光纤差别长度位置的温度信息。

7.航行工夫激光测距
SSPD能够用来提拔激光雷达(LIDAR)体系的量程和机能。SSPD借能够在更大局限的大气遥感运用中运用。