Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2015, № 5 · SOLID STATE ELECTRONICS

Ограничение фоном мощности эквивалентной шуму для приемника одиночных ИК фотонов на основе сверхпроводниковых детекторов, сопряженных с одномодовым волокном

K.V. Smirnov1,2,3, I.B. Vakhtomin1,2, A.V. Divochii2, A.V. Antipov2, G.N. Goltsman1,2,3

1 Московский педагогический государственный университет
2 ЗАО «Сверхпроводниковые нанотехнологии
3 Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Full text EDN TVUOAF

Abstract

We investigated the minimum level of the dark count rates and noise equivalent power of superconducting single photon detectors coupled to standard single mode optical fibers. We found that background radiation limits the minimum level of the dark count rates. We also proposed the effective method for reducing background radiation out of the required spectral range of the detector. Measured noise equivalent power of detector reaches 8.9×10 -19 W×Hz 1/2 at a wavelength of 1.55 μm and quantum efficiency 35%.

  • Superconducting single photon detectors
  • dark counts
  • noise equivalent power
  • single mode fiber
  • background radiation
Аннотация (на русском)

Ограничение фоном мощности эквивалентной шуму для приемника одиночных ИК фотонов на основе сверхпроводниковых детекторов, сопряженных с одномодовым волокном

Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования предельно достижимого минимального уровня ложных срабатываний и мощности эквивалентной шуму для приемника одиночных ИК фотонов, основанного на сверхпроводниковых детекторах, сопряженных со стандартным оптическим одномодовым волокном. Показано, что предельное значение ложных срабатываний определяется фоновой засветкой. Предложен эффективный способ фильтрации фонового излучения вне полосы работы приемника. Продемонстрировано, что при достигнутых значениях квантовой эффективности детекторов (35% для l=1.55 мкм и 45% для l=1.3 мкм) мощность эквивалентная шуму в основном определяется значением темновых срабатываний. Измеренная мощность эквивалентная шуму для приемника оптимизированного для l=1.55 мкм составила 8.9×10 -19 Вт×Гц 1/2, что менее чем на порядок величины превышает рассчитанное предельное значение, полученное при 100% квантовой эффективности детектора.

For citation

Smirnov K.V., Vakhtomin I.B., Divochii A.V., Antipov A.V., Goltsman G.N. Ограничение фоном мощности эквивалентной шуму для приемника одиночных ИК фотонов на основе сверхпроводниковых детекторов, сопряженных с одномодовым волокном // Journal of Radio Electronics. – 2015. – No. 5.

References

  1. G.Gol'tsman, O.Okunev, G.Chulkova et al., Appl. Phys. Lett. 79(6), 705-707 (2001).
  2. A. Divochiy, F. Marsili, D. Bitauld et al., Nature Photonics 2, 302-306 (2008).
  3. A. Korneev, Yu. Korneeva, I. Florya et al., Physics Procedia 36, 72-76 (2012).
  4. M. Sclafani, M. Marksteiner, F. Keir et al., Nanotechnology 23, 065501 (2012).
  5. V. Kovalyuk, W. Hartmann, O. Kahl et al., Optics Express 21(19), 22683-22692 (2013).
  6. J. J. Renema, G. Frucci, Z. Zhou et al., Optics Express 20(3), 2806-2813 (2012).
  7. J. J. Renema, G. Frucci, M. J. A. de Dood et al., Phys. Rev. A 86, 062113 (2012).
  8. R. Hostein, R. Braive, M. Larqué et al., Appl. Phys. Lett. 94, 123101 (2009).
  9. T R. Hostein, A. Michon, G. Beaudoin et al., Appl. Phys. Lett. 93, 073106 (2008).
  10. M. Halder, A. Beveratos, N. Gisin et al., Nature Physics 3, 692 - 695 (2007).
  11. A. Korneev, P. Kouminov, V. Matvienko et al., Appl. Phys. Lett. 84, 5338 (2004).
  12. A. Verevkin, A. Pearlman, W. Slysz et al., Journal of Modern Optics 51(9-10), 1447-1458 (2004).
  13. Y. Liu, T. Chen, J. Wang et al., Optics Express 18(8), 8587-8594 (2010).
  14. S. Zaske, A. Lenhard, C. Kessler et al., Phys. Rev. Lett. 109, 147404 (2012).
  15. L. Olislager, I. Mbodji, E. Woodhead et al., New Journal of Physics 14, 043015 (2012)
  16. G. Rieke, Detection of Light. From the Ultraviolet to the Submillimeter., Cambridge: Cambridge University Press, 2nd edition, 356 (2003).
  17. G. N. Gol’tsman, K. Smirnov, P. Kouminov et al., IEEE Transactions On Applied Superconductivity 13(2), 192-195 (2003).
  18. A. Korneev, A. Divochiy, Y. Vachtomin et al., Proc. SPIE 8072, 807202 (2011).
  19. G. Goltsman, A. Korneev, A. Divochiy et al., Journal of Modern Optics, Volume 56(15), 1670 - 1680 (2009).
  20. J Kitaygorsky, I Komissarov, A Jukna et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity 17(2), 275 (2007).
  21. S. Somani, S. Kasapi, K. Wilsher et al., J. Vac. Sci. Technol. B 19(6), 2766 - 2769 (2001).
  22. G. Gol’tsman, O. Minaeva, A. Korneev et al., IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 17, 2 (2007)
  23. A. Maity, Optoelectronics and Optical Fiber Sensors, Prentice-Hall of India Pvt. Ltd (2013).
  24. D. Marcuse, Bell Syst. Tech. 56(5), 703 (1977).