De nieuwste onderzoeken op het gebied van fotonicatechnologie brengen vooruitgang in de ontwikkeling van chip-gebaseerde quantum lichtbronnen, die gebaseerd zijn op de spontane menging van vier golven. Quantum lichtdetectoren (SPD) worden gebruikt om enkele fotonen te detecteren en hebben veel toepassingen in fotonica, zoals fluorescentiemeting, laserafstandsmeting, optische tijd-domeinreflectometrie en quantumoptica-experimenten.
Voor telecommunicatiewaves met een golflengte van 1550 nm is een nabij-infrarood SPD nodig, waarbij de keuzemogelijkheden onder andere cryogeen gekoelde supergeleidende nanodraden van enkele fotonendetectoren (SNSPD) en elektrisch gekoelde InGaAs-lavafotonendetectoren (APD) omvatten. Onder hen heeft APD praktische voordelen, zoals compactheid, lage kosten en geen behoefte aan ultralage-temperatuurkoeling.
In de Geiger-modus moet het capacitieve respons van APD op sub-nanoseconden gating worden afgewezen met behulp van een speciaal ontworpen uitleesschakeling om de detectie van zwakke door fotonen geïnduceerde lawines mogelijk te maken. Snelle gating- en uitleessystemen stellen uitdagingen voor modulariteit en miniaturisatie, die noodzakelijk zijn om een breed scala aan toepassingen te ondersteunen.
Onlangs heeft een onderzoeksteam een nieuw uitleessysteem ontwikkeld dat een oppervlakte-akoestische-golf (SAW) filter omvat in een asymmetrische Mach-Zehnder interferometer bij radiofrequenties. Dit systeem wordt het ultra-nauweband-interferometrische systeem (UNIC) genoemd en biedt uitzonderlijke prestaties op het gebied van het smalbandig afwijzen van de capacitatieve SPD-respons. Deze onderzoeken worden beschreven in het tijdschrift Advanced Devices & Instrumentation.
Met de lange wachttijd van de SAW-filtergroep kan de UNIC-interferometer ultra-nauweband-afwijzing genereren met productietoleranties die gemakkelijk haalbaar zijn met RF-tracelengtes.
UNIC kan een breed en continu frequentiebereik bieden, waarbij vervorming van het lavinesignaal wordt geminimaliseerd. Het onderzoeksteam meldt de ontwikkeling van een zelfstandige InGaAs SPD-module die volledig geïntegreerde controle- en uitleeselektronica, evenals temperatuurregeling en compensatie, omvat.
De afmetingen van deze module zijn slechts 8,8 × 6 × 2 cm³, waardoor het bijna vier keer kleiner is dan de kleinste bestaande detectormodule die een geïntegreerde monolithische uitleesschakeling gebruikt. Tegelijkertijd leidt deze maatvermindering niet tot een verslechtering van de prestaties.
Het onderzoeksteam maakt gebruik van hun eerdere UNIC-technieken voor APD-signaaluitlezing, 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 klokinvoer, 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% bij een pulskans van 2,4% en een wachttijd van 3 ns. De compacte afmetingen en uitstekende prestaties van de UNIC-SPD-module bieden enorme mogelijkheden voor enkelvoudige fotonenbeeldvorming en snelle quantum-sleuteldistributie.