Fremskridt med chip-baserede spontane fire-bølge blanding af kvantelyskilder

En enkeltfotondetektor (SPD) er følsom over for indfald af individuelle lyskvanter og har mange anvendelser inden for fotonik, såsom fluorescensmålinger, laserafstandsmåling, optisk tidsdomænereflektometer og kvanteoptikeksperimenter.

Nær-infrarøde SPD'er ved telekommunikationsbølgelængden på 1550 nm er uundværlige for fiberoptisk QKD, med valg, herunder kryogene superledende nanowire single-photon detektorer (SNSPD) og elektrisk kølede InGaAs lavinefotodioder (APD'er). Mellem dem har APD'er praktiske fordele, fordi de er kompakte, lave omkostninger og ikke kræver afkøling med ultralav temperatur.

Under Geiger-tilstand skal APD's stærke kapacitive respons på sub-nanosekunders gating afvises gennem specialdesignet udlæsningskredsløb for at muliggøre detektion af svage foton-inducerede laviner. Hurtige gating- og udlæsningskredsløb tilføjer udfordringer til modularisering og miniaturisering, hvilket er et nødvendigt skridt for at betjene en bred vifte af applikationer.

En forskergruppe har for nylig udviklet et nyt udlæsningskredsløb, der inkorporerer et overfladeakustisk bølgefilter (SAW) i et asymmetrisk radiofrekvens Mach-Zehnder interferometer, kaldet ultra-narrowband interference circuit (UNIC), og realiserede enestående ydeevne til smalbåndsinterferens. båndafvisning af SPD kapacitive respons. Værket er publiceret i tidsskriftet Advanced Devices &Instrumentation .

Takket være SAW-filterets lange gruppeforsinkelse kan UNIC-interferometeret producere en ultra-snæver båndafvisning med en fremstillingstolerance, der let kan opnås i RF-sporlængderne.

UNIC'en kan give et bredt og kontinuerligt pasbånd i frekvensdomænet og bringer derfor lidt forvrængning ind i lavinesignalet. Holdet rapporterer deres udvikling af et selvstændigt InGaAs SPD-modul, der fuldt ud integrerer køre- og udlæsningselektronik samt temperaturregulering og kompensation.

Dens dimension er kun målt 8,8×6×2 cm ³ og er næsten en faktor 4 mindre i volumen end det mest kompakte eksisterende detektormodul, der bruger et monolitisk integreret udlæsningskredsløb. Samtidig medfører denne størrelsesreduktion ikke ydeevneforringelse.

Forskerholdet bruger deres tidligere UNIC-teknikker til APD-signalaflæsning, men tilføjer en automatisk temperaturkompensation for at sikre en optimal ydeevne over et bredt omgivende temperaturområde.

Med en 1,25 GHz clock-indgang er modulet kendetegnet ved at have sammenlignelig ydeevne som dets modstykke bygget med bordudstyr. UNIC-SPD udviser fremragende ydeevne med en nettodetektionseffektivitet på 30 % ved en efterpulssandsynlighed på 2,4 % under 3 ns hold-off tid. Den kompakte størrelse og den avancerede ydeevne giver UNIC-SPD-modulet et enormt potentiale for enkeltfoton-billeddannelse og højhastigheds-kvantenøgledistribution.

Flere oplysninger: Haoyang Wang et al., Fremskridt med chip-baserede spontane firebølgemiksende kvantelyskilder, Avancerede enheder og instrumentering (2023). DOI:10.34133/adi.0032

Leveret af Advanced Devices &Instrumentation