带有片上相干检测的单光子检测器

现在已知单个光子探测器具有出色的强度灵敏度。但是，在发生检测事件后，光谱分辨率通常会丢失。这是对低信号红外光谱应用的关注的原因，因为恢复有关光子频率贡献的信息的能力至关重要。

为了提高这些探测器的性能，一支由德国和俄罗斯科学家组成的团队开发了高效的波导综合超导单光子检测器，用于芯片连贯的检测。

纳米光电电路被用来实现芯片上的复杂功能，以使其能够以可扩展的方式制造具有多个光学组件的功能设备。在这些组件中，如果要实现芯片量子光子电路，快速有效的单光子检测器是必不可少的构件之一。但是，到目前为止，他们已经遭受了记忆恢复的困扰，因此还没有达到商业化的目的。

研究人员开发了高效的波导整体超导超导单光子检测器，用于片上相干检测。该设备是由波导和硅晶片上的超导纳米探测器组成的杂种材料。该设备是使用磁控溅射，电子束光刻，电子束物理蒸气沉积（EPVD），反应离子蚀刻和O的组合制造的。₂血浆清洁方法。

该方法涉及使用波几何方法，与嵌入式的单光子计数检测器混合。研究人员还将硝酸氮化氮化物纳米线与波导模式场相结合。

研究人员通过使用可调激光源（新焦点TLB 6600），光学衰减器（HP 8156A），极化控制器（Thorlabs fpc032），50:50梁splitter，50:50的光束splitter，校准的照明器，校准的照明器，来测量单光子计数。万用表（HP 8163A），稳定的电流源（Keithley 2400），偏置TEE（Mini-Circuits ZFBT-GW6+），低噪声放大器（Mini-Circuits ZFL-1000LN+）和225 MHz计数器（HP 53132A）。

通过使用单个纳米仪装置，研究人员能够实现单个光子计数和杂差相干检测。发现单个光子计数具有高达86％的片上检测效率，并且发现异差相干检测的光谱分辨率F/∆F至少为10¹¹电信波长接近射击限制。

研究人员将局部振荡器与单个光子信号场混合，并在中间频率下观察到频率调制，在FEMTO瓦特范围内具有振荡功率。研究人员还优化了纳米线的几何形状，以及检测参数并达到了量子限制的灵敏度。

研究人员还进行了进一步的实验，以探测异差检测性能。研究人员使用了超低振荡能力，为10⁵-10⁹pH/s，与4 x 10的非常弱的信号光子通量（入射测试信号的）³-10⁹pH/s显示纳米线的转换带宽和几何形状之间的依赖性。发现采用“ U”形状的短线显示出比更长的“ W”形电线更大的吞吐量。这种依赖性是相干检测的主要因素，在宽带中需要狭窄的观测值。

这项研究允许在经典和量子光学应用程序中，在C波段范围内的杂化纳米摄影设备实施和集成。这是一个过程，单光子计数以及高光谱分辨率同时需要。这标志着纳米光电电路的重大进步，也是朝着商业实施的重大步骤。

此类进步可能会在多个领域中找到自己，包括在多普勒移位检测器中，弱信号频率调节器和集成的量子光学技术在相关性和光谱表征上的片段窄带单光子源的背景下。

来源：

“与量子有限敏感性的片上相干检测” -Kovalyuk V.等，等等科学报告，，，，2017，doi：10.1038/s41598-017-05142-1

图片来源：

ezume图像/ shutterstock.com