論文の概要: Compact free-running InGaAs/InP single-photon detector with 40%
detection efficiency and 2.3 kcps dark count rate
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.17113v1
- Date: Thu, 26 Oct 2023 02:56:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-27 22:34:29.499658
- Title: Compact free-running InGaAs/InP single-photon detector with 40%
detection efficiency and 2.3 kcps dark count rate
- Title（参考訳）: 40%検出効率と2.3kcps暗カウントレートを有する小型自由動作InGaAs/InP単光子検出器
- Authors: Qi Xu, Chao Yu, Wei Chen, Jianglin Zhao, Dajian Cui, Jun Zhang, and
Jian-Wei Pan
- Abstract要約: InGaAs/InP単光子検出器(SPD)は、近赤外線領域における非同期単光子検出を必要とするアプリケーションのための重要なコンポーネントである。
本稿では,InGaAs/InP SPDを結合した小型4チャネル多モードファイバの実装について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.246618472071553
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Free-running InGaAs/InP single-photon detectors (SPDs) based on
negative-feedback avalanche diodes (NFADs) are the key components for
applications requiring asynchronous single-photon detection in the
near-infrared region. From the perspective of practical applications, the
features of SPDs in terms of high photon detection efficiency (PDE), low noise,
large sensitive area, and compactness are highly desired for system integration
and performance enhancement. Here, we present the implementation of a compact
four-channel multimode fiber coupling free-running InGaAs/InP SPD, with the
best overall performance to date. On the one hand, we design and fabricate
structure-optimized InGaAs/InP NFAD devices with 25 $\mu$m diameter active area
and integrated thin film resistors to enhance the maximum achievable PDE. On
the other hand, we apply a compact thermoacoustic cryocooler to regulate the
operating temperature of NFADs within a large range, and design a dedicated
readout circuit with minimized parasitic parameters and tunable settings of
hold-off time to suppress the afterpulsing effect. The SPD is then
characterized to achieve remarkable overall performance simultaneously at 1550
nm, i.e., 40% PDE, 2.3 kcps dark count rate, 8% afterpulse probability and 49
ps timing jitter (full width at half maximum) under the conditions of 5.9 V
excess bias voltage, 10 $\mu$s hold-off time and 213 K operation temperature.
Such performance and the results of the long-term stability tests indicate that
the SPD could be a favorable solution for practical applications.
- Abstract（参考訳）: 負のフィードバックアバランシェダイオード(nfads)に基づくingaas/inp単一光子検出器(spds)は、近赤外領域で非同期単一光子検出を必要とするアプリケーションの重要なコンポーネントである。
実用的応用の観点からは,高光子検出効率(PDE),低雑音,高感度領域,コンパクト性といったPSDの特徴がシステム統合や性能向上に強く求められている。
本稿では,InGaAs/InP SPDを結合した小型4チャネル多モードファイバの実装について述べる。
一方, 構造最適化InGaAs/InP NFADデバイスの設計と製造を行い, 最大到達可能なPDEを向上するために, 直径25$\mu$mの活性領域と薄膜抵抗を集積化した。
一方,NFADの動作温度を広い範囲で調節するために小型熱音響式冷凍機を適用し,パラサイトパラメータを最小化し,ホールドオフ時間の設定を調整可能な専用リードアウト回路を設計して後押し効果を抑制する。
次に、spdは5.9v過剰バイアス電圧、10$\mu$sホールドオフ時間、213k動作温度の条件下で、40%pde、2.3kcpsダークカウントレート、8%アフターパルス確率、49psタイミングジッタ(フル幅半値)を同時に1550nmで優れた総合性能を達成することを特徴とする。
このような性能と長期安定試験の結果は、SPDが実用的な応用に好適な解であることを示している。
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