芯片自发四波混频量子光源研究进展
发布时间：2024-02-03 06:00:05 阅读数： 142
使用(A)空间复用技术[18]和(B)时间复用技术[20]的预示光子的实验设置。影片来源:本杰明·j·埃格尔顿(A)和丁云红(B)。《先进设备与仪器》(2023)DOI: 10.34133/adi.0032
单光子探测器(SPD)对单个光量子的入射非常敏感，在荧光测量、激光测距、光学时域反射计和量子光学实验等光子学领域有许多应用。
在光纤QKD中，电信波长1550 nm的近红外spd是必不可少的，可选择的器件包括低温超导纳米线单光子探测器(SNSPD)和电冷InGaAs雪崩光电二极管(APDs)。两者之间，apd具有体积小、成本低、不需要超低温制冷等实用优势。
在盖革模式下，APD对亚纳秒级门控的强电容性响应必须通过专门设计的读出电路加以抑制，才能检测到微弱的光子雪崩。快速门控和读出电路对模块化和小型化提出了挑战，这是广泛应用的必要步骤。
一个研究小组最近开发了一种新的读出电路，该电路将表面声波(SAW)滤波器集成到非对称射频马赫-曾德尔干涉仪中，称为超窄带干扰电路(UNIC)，并实现了对SPD电容响应的窄带抑制性能。这项研究发表在《先进设备与仪器仪表》杂志上。由于SAW滤波器的长群延迟，UNIC干涉仪可以产生超窄带抑制，并且在射频航迹长度上易于实现制造公差。
该电路在频域内具有宽且连续的通频带，使雪崩信号失真很小。该团队报告了他们开发的独立InGaAs SPD模块，该模块完全集成了驱动和读出电子器件以及温度调节和补偿。
它的尺寸仅为8.8×6×2 cm3，体积比使用单片集成读出电路的最紧凑的现有检测器模块小近4倍。同时，这种尺寸的减小不会带来性能的下降。
研究小组使用他们之前的UNIC技术进行APD信号读出，但增加了自动温度补偿，以确保在较宽的环境温度范围内具有最佳性能。
该模块采用1.25 GHz时钟输入，其性能可与使用台式设备构建的同类模块相媲美。在3ns延迟时间下，在2.4 %的后脉冲概率下，uni - spd表现出优异的检测效率，净检测效率为30%。紧凑的尺寸和先进的性能使uni - spd模块在单光子成像和高速量子密钥分发方面具有巨大的潜力。
