De nieuwste onderzoeken op het gebied van fotonicatechnologie zorgen voor vooruitgang in de ontwikkeling van chip-gebaseerde quantum lichtbronnen op basis van de spontane vermenging van vier golven. Quantum lichtdetectoren (SPD) worden gebruikt om enkele fotonen te detecteren en hebben vele toepassingen in fotonica, zoals fluorescentiemeting, laserafstandsmeting, optische tijddomeinreflectometrie en quantumoptica-experimenten.
Voor telecommunicatiegolven met een golflengte van 1550 nm is een nabij-infrarood SPD noodzakelijk en de keuzes omvatten cryogeen gekoelde supergeleidende nanodraden van enkelvoudige fotonendetectoren (SNSPD) en elektrisch gekoelde InGaAs avalanche-fotonendetectoren (APD). Onder hen heeft de APD praktische voordelen zoals compactheid, lage kosten en geen noodzaak voor ultralage-temperatuurkoeling.
In de Geiger-modus moet de capacitieve respons van de APD op sub-nanosecond-gating worden verworpen met behulp van een speciaal ontworpen uitleesschakeling om detectie van zwakke foton-geïnduceerde lawines mogelijk te maken. Snelle gating- en uitleessystemen vormen uitdagingen voor modulariteit en miniaturisatie, die noodzakelijke stappen zijn om een breed scala aan toepassingen te ondersteunen.
Onlangs heeft een onderzoeksteam een nieuw uitleessysteem ontwikkeld dat een oppervlakte-akoestische-golf (SAW)-filter bevat in een asymmetrische Mach-Zehnder-interferometer bij radiogolven. Dit systeem wordt het ultra-narrowband interferometric system (UNIC) genoemd en biedt uitzonderlijke prestaties op het gebied van smalbandige afwijzing van de capacitieve SPD-respons. Deze onderzoeken worden beschreven in het tijdschrift Advanced Devices & Instrumentation.
Met de lange vertraging van de SAW-filtergroep is de UNIC-interferometer in staat om ultra-nauwe afwijzing te genereren met productietoleranties die gemakkelijk haalbaar zijn met RF-spoorlengtes.
UNIC kan een breed en continu frequentiebereik bieden, waardoor verzwakking van het lawinesignaal wordt geminimaliseerd. Het onderzoeksteam meldt de ontwikkeling van een op zichzelf staande InGaAs SPD-module die volledig geïntegreerde regelings- en uitleeselektronica, evenals temperatuurregeling en compensatie, bevat.
De afmetingen van deze module zijn slechts 8,8 × 6 × 2 cm³, waardoor hij bijna vier keer kleiner is dan de kleinste bestaande detectormodule die een geïntegreerde monolithische uitleesschakeling gebruikt. Tegelijkertijd leidt deze verkleining van formaat niet tot een verslechtering van de prestaties.
Het onderzoeksteam maakt gebruik van hun eerdere UNIC-technieken voor de uitlezing van APD-signalen, maar voegt automatische temperatuurcompensatie toe om optimale werking over een breed scala aan omgevingstemperaturen te waarborgen.
Een klok met een frequentie van 1,25 GHz wordt gebruikt als de klokingang en de UNIC-SPD-module vertoont parameters vergelijkbaar met zijn tegenhanger die is gebouwd met laboratoriumapparatuur. De UNIC-SPD-module vertoont uitstekende prestaties, met een detectie-efficiëntie van 30%, een vertraging van puls waarschijnlijkheid van 2,4% en een wachttijd van 3 ns. Het compacte formaat en de uitstekende prestaties van de UNIC-SPD-module bieden enorme mogelijkheden voor enkelvoudige fotonafbeelding en snelle quantum-sleuteldistributie.
Veelgestelde vragen (FAQ) gebaseerd op de belangrijkste onderwerpen en informatie gepresenteerd in het artikel:
1. Wat is een quantum lichtdetector (SPD) en wat zijn de toepassingen ervan?
Een SPD is een detector die enkele fotonen kan detecteren. Het heeft vele toepassingen in fotonica, zoals fluorescentiemeting, laserafstandsmeting, optische tijddomeinreflectometrie en quantumoptica-experimenten.
2. Wat zijn de twee methoden om 1550 nm fotonen te detecteren?
De twee methoden om 1550 nm fotonen te detecteren zijn cryogeen gekoelde supergeleidende nanodraden van enkelvoudige fotonendetectoren (SNSPD) en elektrisch gekoelde InGaAs avalanche-fotonendetectoren (APD). Onder hen heeft APD voordelen zoals compactheid, lage kosten en geen noodzaak voor ultralage-temperatuurkoeling.
3. Met welke uitdagingen hebben snelle gating- en uitleessystemen te maken?
Snelle gating- en uitleessystemen vormen uitdagingen op het gebied van modulariteit en miniaturisatie, die noodzakelijk zijn om een breed scala aan toepassingen te ondersteunen.
4. Hoe werkt het ultra-narrowband interferometric system (UNIC) in fotonenuitlezing?
UNIC bevat een oppervlakte-akoestische-golf (SAW)-filter in een asymmetrische Mach-Zehnder-interferometer bij radiogolven. Het biedt uitzonderlijke prestaties op het gebied van het afwijzen van de capacitieve respons van SPD.
5. Wat zijn de voordelen van de InGaAs SPD-module die door het onderzoeksteam is ontwikkeld?
De InGaAs SPD-module is kleiner dan andere bestaande detectormodules en behoudt toch uitstekende prestaties. Het integreert regelings- en uitleeselektronica, evenals temperatuurregeling en compensatie.
6. Wat zijn de mogelijkheden van het compacte en efficiënte UNIC-SPD-module?
Het compacte formaat en de uitstekende prestaties van de UNIC-SPD-module bieden enorme mogelijkheden voor enkelvoudige fotonafbeelding en snelle quantum-sleuteldistributie.
Definities van sleuteltermen en jargon die in het artikel worden gebruikt:
– Fotonica: Het vakgebied van wetenschap en technologie met betrekking tot fotonen, die deeltjes van licht zijn.
– Chip-gebaseerde quantum lichtbronnen: Lichtbronnen die enkele fotonen uitstoten met behulp van microprocessortechnologie.
– Quantum lichtdetector (SPD): Een apparaat dat enkele fotonen kan detecteren.
– Supergeleidende nanodraden van enkelvoudige fotonendetectoren (SNSPD): Fotonendetectoren die gebruik maken van het fenomeen van supergeleiding in nanodraden.
– Elektrisch gekoelde InGaAs avalanche-fotonendetector (APD): Een fotonendetector die gebruik maakt van het avalanche-effect in InGaAs-type halfgeleiders.
– Mach-Zehnder-interferometer: Een optisch systeem dat gebruik maakt van de interferentie van licht, bestaande uit twee splitters en twee samenvoegende golfplaten.
– Capacitieve SPD-responsafwijzing: De methode om storingen veroorzaakt door de capacitieve respons van quantum lichtdetectoren te elimineren.
– Radiogolf: Het frequentiebereik van radiogolven, d.w.z. lage frequentie golven.
– Wachttijd: De tijd die verstrijkt tussen twee opeenvolgende gebeurtenissen.
Aanbevolen gerelateerde links naar de hoofddomein:
– fotonika.pl (homepage van een aan fotonica gewijde portal)
– Advanced Devices & Instrumentation (homepage van het tijdschrift waar het onderzoek is gepubliceerd)
The source of the article is from the blog motopaddock.nl