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导言

现代量子工程现在是一个正在深入研讨的科学范畴。有用量子、量子通讯(QC)或量子丈量香辣虾,光纤耦合NBN超导单光子探测器 吕啸东 学习翻译,双子体系等体系需求高速探测器、高灵敏度,高量子功率(QE)和短死区时刻,以及准确的时序特性和低漆黑计数。超导单光子探测器(SSPD)是一种新式且极具远景的设备。很多的科学研讨标明,SSPD的体现优于传统的SP香辣虾,光纤耦合NBN超导单光子探测器 吕啸东 学习翻译,双子D,如雪崩光最强武神电二极管(APDs)和光电倍增管。

与传统SPD比照

1.传统SPD的缺陷

最受欢迎的APD对量子运用的有用性有限[4]。硅APD具有敏感性。因而,受Si带隙约束(1.1 eV),它们不能直接在光纤通讯中完结。APD有必要进行门控,而且被迫或自动淬火以削减暗计数噪声。

2.引进SSPD

最近在此开发和介绍的另一种SSPD是超薄,亚微米宽的NbN纳米结构,保持在远低于NbN临界温度Tc的T NbN SSPD是超快,高效地计数波长规模从紫外到红外的光子。他们现已成功运用于波长为0.4至6.0m[2,16]的自由空间(试验室)检测,以及光学依据光纤的设置,波长为陶晶莹0.9,1.3和1.55m

3.咱们的试验成果

咱们展现了在Hanbury-Brown和Twiss中运用两个光纤耦合SSPD的试验成果干涉仪丈量源二阶相关函数g(2)。咱们运用0.9微米波长飞秒脉冲激光作为测验源。光纤耦合的NbN探测器浸没在液氦中,从那以后他们的光纤和电气互连都在杜瓦瓶外面,它们能够被视为像室温相同设备第二套人民币

4.其他类型的探测器

最有出路的探测器是两种类型的SSPD,其间一种是过渡边际传感器(TES)TES是一种超导钨测辐射热计,因为其极高的能量灵敏度,它具有光子数量解析才能和十分高的QE(> 86%)。它的作业温度T <100 mK且十分低。

5.关于SSPD试验

光纤耦合SSPD十分简单完结到光学试验中。这些的第一个实践运用探测器用于CMOS集成电路的非侵入式测验和调试。咱们的SSPD也是因为暗计数低,与快速恢复时刻相结合,因而QC协议十分有吸引力,因而也很高最酸枣仁的成效与效果大计数率。

探测器的结构

NbN SSPD是依据xx文献中中详细描述的工艺程序制作的。大部分的在咱们的接收器中运用的探测器是1010m2,NbN弯曲型结构,具有4nm的膜厚度和120-nm标称条带宽度。光子传输到NbN探测器由单模或多模光纤供给,而电输出则是经过直接与SSPD共面集成的SMA衔接器衔接到室温电子设备波导输出。带有NbN结构和光纤与电气衔接的铜法兰的图片。为了在NbN结构和光纤之间进行耦合,咱们运用了专门规划的微机械光刻胶环直接坐落SSPD上方。运用由光引导的复旦大学陈果光刻香辣虾,光纤耦合NBN超导单光子探测器 吕啸东 学习翻译,双子工艺制作耦合环。在制作进程中对结构进行对准符号[18]。环的定位精度为1m。最近,咱们还运用了1020m2器材。临界电流

完结的纳租房子米结构的密度在4.2K时从2湘西天气到6MA / cm2改变,Tc≈10K。

详细试验成果

体系量子功率

研讨进程

1咱们制作了几个经过单模光纤耦合的NbN探测器,还有几个选用多模光纤。首要的

品质因数是每个设备的体系QE(SQE)

2咱们运用高衰减,41 ps宽的脉冲半导体激光二极管,作业波长为1.54m,重复频率为1 MHz。光功率经过数字光学衰减器操控传送到检测器

3咱们在最终丈量了光功率光纤进入低温恒温器之前。运用以下核算每个丈量点的功率水平

衰减值。经过光子能量的值区分光功率值,以便确认以光子/秒为单位的光子通量水平。经过重复率区分每秒光子数值(1 MHz),以取得一个脉冲中的均匀光子数。爽输出信号来自放大器内部的放大器电子盒衔接到用于时刻分辩研讨的快速示波器,或衔接到要履行的信号计数器咱们的光子计数的统计分析或丈量暗计数。

光呼应参数

研讨进程

1关于大面积弯曲型SSPD,光呼应脉冲宽度相应的下降时刻遭到弯曲结构的大动态电感的约束。由a组成的设置三通(80 kHz至中日翻译26 GHz)半导体激光器(=1.55m),宽带美人写放大器(50 MHz至4 GHz)和6-GHzTektronix,单次数字示波器用于丈量光纤耦合的光呼应时刻探测器。

2咱们丈量了250 ps的上升时刻和5 ns的下降时刻,FWHM约为2.5 n拉拉s,咱们注意到暗计数脉冲的形状与光呼应脉冲相同,证明了SSPD输出信号遭到大的内涵动态电感的约束。

经过咱们的理论核算(图7中的鹅夷草黑色实线)直接证明了上述调查成果

考虑到NbN胡亦晴 SSPD的香辣虾,光纤耦合NBN超导单光子探测器 吕啸东 学习翻译,双子实在尺度,100m2面积SSPD的光呼应:厚度d = 4 nm,

条纹宽度w = 120nm,条纹之间有80nm的空隙[11]。

相关丈量

研讨进程

1进一步测阴阳同修试咱们的完好接收器体系的时序分辩率,并确认它们在运用中的运用

光子量子相关试验,咱们用两个SSPD探测器进行了咱们自己的相关试验。

2来自光纤耦合的脉冲激光源的光是经过50/50分束器衰减和别离,随后由咱们的两个SSPD检测。来自每个人的信号探测器被馈送到"起动 - 中止"时刻相关器,而且能够被参考文献格局绘制为抵达时刻之间的推迟的函数

3每个探测器的光子。成果,咱们能够直接取得二阶光子互相关函数g(2)。关于咱们的测验,咱们在= 940 nm处运用500-fs宽的脉冲,重复频率为82 MHz。在图10(a)中,具有低SQE(~0.005%)的检测器#12用香辣虾,光纤耦合NBN超导单光子探测器 吕啸东 学习翻译,双子作发动设备和高SQE检测器#11充任中止。所香辣虾,光纤耦合NBN超导单光子探测器 吕啸东 学习翻译,双子提出的相关时刻FWHM为390 ps,能够视为时刻分辩率完好的相关体系(放大器,鉴别器,相关器,电缆,终端器和探测器)其间发动和中止检测器相反。正如所料,相关性

宽度简直相同(430 ps FWHM),只要总计数削减的宽度与规范APD量子相关体系比较,所示的相关迹线相对较窄,但更宽与[3]中提出的APD-SSPD组合体系比较。后者的成果证明了SSPDs的有效性。一般来说,咱们的光纤耦合器材特别适用于量子相关丈量。虽然有一些咱们探测器的纳秒级呼应时刻,相关脉冲是亚纳秒。咱们信任,后者是因为SSPD的极低颤动和短(250 p蔡金涂s)光呼应上升时刻,并证明了咱们的光纤耦合探测器成功地进行了反聚类型相关试验。

定论

1.咱们现已制作并测验了许多依据光纤的单光子探测器,这些探测器专为实践运用而规划量子工程体系。咱们最好的探测器的SQE丈量为0.33%,耦合功率为30%,可是,咱们估计价值将高达3%至5%。这将经过施行SSPD来完结更高的QE结构体值。

2.咱们的设备放置在密封的氦气杜瓦瓶内,SSPD保持在T = 4.2 K,而光学和

电气衔接保持在室温下。因而,设置能够被视为"相似室温"

体系由外部用户供给。上面给出的探测器性能参数使咱们的接收器特别有用

用于实践量子密钥分配和光子量子相关丈量等运用。

3.咱们信任咱们展现了咱们的光纤耦合探测器成功履行反聚束型的才能

在真实的单光同程网子源(例如单量子点)发射的奥斯卡德拉霍亚光子中调查到的相关性。

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