論文の概要: Repeated radiation damage and thermal annealing of avalanche photodiodes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.04902v2
• Date: Thu, 20 May 2021 21:37:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-10 21:15:42.859556
• Title: Repeated radiation damage and thermal annealing of avalanche photodiodes
• Title（参考訳）: 雪崩フォトダイオードの繰り返し放射線損傷と熱焼鈍
• Authors: Ian DSouza, Jean-Philippe Bourgoin, Brendon L. Higgins, Jin Gyu Lim, Ramy Tannous, Sascha Agne, Brian Moffat, Vadim Makarov, and Thomas Jennewein
• Abstract要約: アバランシェ光ダイオード(APD)は、量子通信衛星の単一光子検出に適している。 軌道内放射線による熱雑音が著しく増加する傾向にある。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Avalanche photodiodes (APDs) are well-suited for single-photon detection on quantum communication satellites as they are a mature technology with high detection efficiency without requiring cryogenic cooling. They are, however, prone to significantly increased thermal noise caused by in-orbit radiation damage. Previous work demonstrated that a one-time application of thermal annealing reduces radiation-damage-induced APD thermal noise. Here we examine the effect of cyclical proton irradiation and thermal annealing. We use an accelerated testing environment which emulates a realistic two-year operating profile of a satellite in low-Earth-orbit. We show that repeated thermal annealing is effective at maintaining thermal noise of silicon APDs within a range suitable for quantum key distribution throughout the nominal mission life, and beyond. We examine two strategies -- annealing at a fixed period of time, and annealing only when the thermal noise exceeds a pre-defined limit. We find both strategies exhibit similar thermal noise at end-of-life, with a slight overall advantage to annealing conditionally. We also observe that afterpulsing probability of the detector increases with cumulative proton irradiation. This knowledge helps guide design and tasking decisions for future space-borne quantum communication applications.
• Abstract（参考訳）: アバランシェ・フォトダイオード(APD)は、低温冷却を必要としない高い検出効率を持つ成熟した技術であるため、量子通信衛星上での単一光子検出に適している。 しかし、これらは軌道内放射線による熱雑音が著しく増加する傾向にある。 これまでの研究では、熱アニールの1回適用は放射線損傷による熱雑音を低減させることを示した。 本稿では, 環状陽子照射と熱アニールの効果について検討する。 我々は、低軌道における衛星の現実的な2年間の運用プロファイルをエミュレートする加速試験環境を用いる。 また, 繰り返し加熱アニールは, 名目上のミッションライフを通じて, 量子鍵分布に適した範囲内でシリコンAPDの熱雑音を維持するのに有効であることを示す。 一定期間のアニーリングと熱雑音が予め定義された限界を超える場合にのみアニーリングの2つの戦略を検討した。 両戦略とも終末期に同様の熱雑音を呈し,条件付きアニーリングの利点は若干ある。 また, 累積陽子照射により検出器の余パルス確率が増加することも観察した。 この知識は、将来のスペースベース量子通信アプリケーションの設計とタスク決定のガイドに役立ちます。

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