論文の概要: Dark Current and Single Photon Detection by 1550nm Avalanche Photodiodes: Dead Time Corrected Probability Distributions and Entropy Rates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2210.01921v1
• Date: Tue, 4 Oct 2022 21:43:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-23 21:54:39.782061
• Title: Dark Current and Single Photon Detection by 1550nm Avalanche Photodiodes: Dead Time Corrected Probability Distributions and Entropy Rates
• Title（参考訳）: 1550nmアバランシェフォトダイオードによる暗電流と単一光子検出:デッドタイム補正確率分布とエントロピー率
• Authors: Nicole Menkart, Joseph D. Hart, Thomas E. Murphy, and Rajarshi Roy
• Abstract要約: 単一の光子検出器は、検出器の動作のバイアスレベルに強く依存する暗のカウントレートを持つ。 新規レーザーや単一光子エミッタのような弱い光源の場合、光源によるカウント率は検出器のダークカウントと同等である。 本研究では、1550nmの単光子アバランシェフォトダイオード(SPAD)に着目した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.095459433147743
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Single photon detectors have dark count rates that depend strongly on the bias level for detector operation. In the case of weak light sources such as novel lasers or single-photon emitters, the rate of counts due to the light source can be comparable to that of the detector dark counts. In such cases, a characterization of the statistical properties of the dark counts is necessary. The dark counts are often assumed to follow a Poisson process that is statistically independent of the incident photon counts. This assumption must be validated for specific types of photodetectors. In this work, we focus on single-photon avalanche photodiodes (SPADs) made for 1550nm. For the InGaAs detectors used, we find the measured distributions often differ significantly from Poisson due to the presence of dead time and afterpulsing with the difference increasing with the bias level. When the dead time is increased to remove the effects of afterpulsing, it is necessary to correct the measured distributions for the effects of the dead time. To this end, we apply an iterative algorithm to remove dead time effects from the probability distribution for dark counts as well as for the case where light from an external weak laser source (known to be Poisson) is detected together with the dark counts. We believe this to be the first instance of the comprehensive application of this algorithm to real data and find that the corrected probability distributions are Poisson distributions in both cases. We additionally use the Grassberger-Procaccia algorithm to estimate the entropy production rates of the dark count processes, which provides a single metric that characterizes the temporal correlations between dark counts as well as the shape of the distribution. We have thus developed a systematic procedure for taking data with 1550nm SPADs and obtaining accurate photocount statistics to examine novel light sources.
• Abstract（参考訳）: 単一光子検出器は、検出器操作のバイアスレベルに強く依存する暗数率を持つ。 新規レーザーや単一光子エミッタのような弱い光源の場合、光源によるカウント率は検出器のダークカウントと同等である。 そのような場合、ダークカウントの統計的性質を特徴づける必要がある。 暗黒数はしばしば、入射光子数とは統計的に独立なポアソン過程に従うと仮定される。 この仮定は特定の種類の光検出器で検証されなければならない。 本研究では、1550nmの単光子アバランシェフォトダイオード(SPAD)に着目した。 InGaAs検出器の場合、測定された分布がポアソンと大きく異なるのは、デッドタイムの存在と、バイアスレベルの差が増加すると後押しされるためである。 残脈の影響を取り除くためにデッドタイムが増加すると、デッドタイムの影響について測定された分布を補正する必要がある。 そこで本研究では,ダークカウントの確率分布からデッドタイム効果を除去するために反復アルゴリズムを適用し,外部弱いレーザー源(ポアソンとして知られる)からの光がダークカウントとともに検出される場合に適用する。 このアルゴリズムを実データに包括的に適用した最初の事例であると我々は信じており、訂正された確率分布はどちらの場合もポアソン分布である。 さらに, ダークカウント過程のエントロピー生成率を推定するためにグラスベルガー・プロパシアアルゴリズムを用い, ダークカウント間の時間的相関と分布の形状を特徴付ける1つの指標を提供した。 そこで我々は,1550nmスペードのデータを取り込んで,新しい光源を調べるための正確な光数統計を得るための体系的な手法を開発した。

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