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
2013, № 5 · PHYSICAL PROBLEMS OF ELECTRONICS

IR single-photon receiver based on ultrathin NbN superconducting film

A.A. Korneev1,2, A.V. Divochiy2,3,4, I.B. Vakhtomin3,5, I.P. Korneeva1,2, P.A. Larionov1,2, N.N. Manova1,2, I.N. Florya1,2, A.V. Trifonov1,2, B.M. Voronov1,2, K.V. Smirnov2,3,4, A.V. Semenov1,2, G.M. Chulkova1,2, G.N. Goltsman2,3,4

1 Московский педагогический государственный университет
2 Moscow State Pedagogical University, Russia
3 CJSC “Superconducting nanotechnology”
4 Московский педагогический государственный университет; ЗАО “Сверхпроводниковые нанотехнологии”
5 ЗАО “Сверхпроводниковые нанотехнологии"
Full text (PDF) EDN QARDVH

Abstract

We present our recent results in research and development of superconducting single-photon detector (SSPD). We achieved the following performance improvement: first, we developed and characterized SSPD integrated in optical cavity and enabling its illumination from the face side, not through the substrate, second, we improved the quantum efficiency of the SSPD at around 3 ?m wavelength by reduction of the strip width to 40 nm, and, finally, we improved the detection efficiency of the SSPD-based single-photon receiver system up to 20% at 1550 nm and extended its wavelength range beyond 1800 nm by the usage of the fluoride ZBLAN fibres.

  • Infrared single-photon detectors
  • superconducting thin film device fabrication
  • NbN films
  • однофотонные детекторы ИК-диапазона
  • изготовление тонкопленочных сверхпроводнковых устройств
  • пленки NbN
Аннотация (на русском)

Однофотонный приемник ИК-диапазона на основе ультратонкой пленки NbN

Представлены недавние результаты в исследовании и разработке сверхпроводникового однофотонного детектора (superconducting single-photon detector, SSPD). Достигнут прогресс по следующим показателям: 1) созданы и охарактеризованы SSPD, интегрированные с оптическим резонатором и освещаемые с передней стороны, а не через подложку; 2) посредством уменьшения ширины полоски детектора до 40 нм увеличена квантовая эффективность на длинах волн в районе 3 мкм; 3) эффективность детектирования однофотонной приемной системы на основе SSPD увеличена до 20% на длине волны 1550 нм, при этом диапазон чувствительности расширен до 1800 нм за счет использования оптического волокна ZBLAN.

For citation

Korneev A.A., Divochiy A.V., Vakhtomin I.B., Korneeva I.P., Larionov P.A., Manova N.N., Florya I.N., Trifonov A.V., Voronov B.M., Smirnov K.V., Semenov A.V., Chulkova G.M., Goltsman G.N. IR single-photon receiver based on ultrathin NbN superconducting film // Journal of Radio Electronics. – 2013. – No. 5.

References

  1. G. Gol’tsman, O. Okunev, G. Chulkova, A. Lipatov, A. Semenov, K. Smirnov, B. Voronov, A. Dzardanov, C. Williams, R. Sobolewski, Appl. Phys. Lett. 79, 705 (2001).
  2. A. Semenov, G. Gol’tsman, A. Korneev, Physica C 352, 349 (2001).
  3. A. Divochiy, F. Marsili, D. Bitauld, A. Gaggero, R. Leoni, F. Mattioli, A. Korneev, V. Seleznev, N. Kaurova, O. Minaeva, G. Goltsman, K.G. Lagoudakis, M. Benkhaoul, F. L´evy, A. Fiore, Nature Photonics 2, 302 (2008).
  4. M. Ejrnaes, R. Cristiano, O. Quaranta, S. Pagano, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, B. Voronov, G. Goltsman, Appl. Phys. Lett. 91, 262509 (2007).
  5. F. Marsili, F. Najaf, E. Dauler, F. Bellei, X. Hu, M. Csete, R.J. Molnar, K.K. Berggren, Nano Lett. 11(5), 20482053 (2011).
  6. Y. Korneeva, I. Florya, A. Semenov, A. Korneev, G. Goltsman, Applied Superconductivity, IEEE Transactions on 21, 323 (2011).
  7. I. Milostnaya, A. Korneev, I. Rubtsova, V. Seleznev, O. Minaeva, G. Chulkova, O. Okunev, B. Voronov, K. Smirnov, G. Gol’tsman, W. S lysz, M. Wegrzecki, M. Guziewicz, J. Bar, M. Gorska, A. Pearlman, J. Kitaygorsky, A. Cross, R. Sobolewski, Journal of Physics: Conference Series 43, 1334 (2006).
  8. K. Rosfjord, J. Yang, E. Dauler, A. Kerman, V. Anant, B. Voronov, G. Goltsman, K. Berggren, Optics Express 14(2), 527 (2006).
  9. M.G. Tanner, C.M. Natarajan, V.K. Pottapenjara, J.A. O’Connor, R.J. Warburton, R.H. Hadfield, B. Baek, S. Nam, S.N. Dorenbos, E.B. Ure˜na, T. Zijlstra, T.M. Klapwijk, V. Zwiller, Appl. Phys. Lett. 96, 221109 (2010).
  10. A. Gaggero, S.J. Nejad, F. Marsili, F. Mattioli, R. Leoni, D. Bitauld, D. Sahin, G.J. Hamhuis, R. N¨otzel, R. Sanjines, A. Fiore, Appl. Phys. Lett. 97(15), 151108 (2010).
  11. G. Gol‘tsman, K. Smirnov, P. Kouminov, B. Voronov, N. Kaurova, V. Drakinsky, J. Zhang, A. Verevkin, R. Sobolewski, IEEE Transactions On Applied Superconductivity 13(2), 192 (2003).
  12. D. Elvira, A. Michon, B. Fain, G. Patriarche, G. Beaudoin, I. Robert-Philip, Y. Vachtomin, A.V. Divochiy, K.V. Smirnov, G.N. Goltsman, I. Sagnes, A. Beveratos, Appl. Phys. Lett. 97, 131907 (2010).