論文の概要: High-efficiency, high-count-rate 2D superconducting nanowire single-photon detector array
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.07357v1
- Date: Mon, 13 Jan 2025 14:25:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-01-14 14:20:46.958359
- Title: High-efficiency, high-count-rate 2D superconducting nanowire single-photon detector array
- Title（参考訳）: 高効率2次元超伝導ナノワイヤ単光子検出器アレイ
- Authors: Fiona Fleming, Will McCutcheon, Emma E. Wollman, Andrew D. Beyer, Vikas Anant, Boris Korzh, Jason P. Allmaras, Lautaro Narváez, Saroch Leedumrongwatthanakun, Gerald S. Buller, Mehul Malik, Matthew D. Shaw,
- Abstract要約: 超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)は、近赤外線(NIR)と短波赤外(SWIR)スペクトル領域における単光子検出の最先端技術である。
ここでは,実運用パラメータの高速な性能を示す64画素SNSPDアレイシステムについて述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8887848065482818
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- Abstract: Superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) are the current leading technology for the detection of single-photons in the near-infrared (NIR) and short-wave infrared (SWIR) spectral regions, due to record performance in terms of detection efficiency, low dark count rate, minimal timing jitter, and high maximum count rates. The various geometry and design parameters of SNSPDs are often carefully tailored to specific applications, resulting in challenges in optimising each performance characteristic without adversely impacting others. In particular, when scaling to larger array formats, the key challenge is to manage the heat load generated by the many readout cables in the cryogenic cooling system. Here we demonstrate a practical, self-contained 64-pixel SNSPD array system which exhibits high performance of all operational parameters, for use in the strategically important SWIR spectral region. The detector is an 8x8 array of 27.5 x 27.8 {\mu}m pixels on a 30 {\mu}m pitch, which leads to an 80 -- 85% fill factor. At a wavelength of 1550nm, a uniform average per-pixel photon detection efficiency of 77.7% was measured and the observed system detection efficiency (SDE) across the entire array was 65%. A full performance characterisation is presented, including a dark count rate of 20 cps per pixel, full-width-half-maximum (FWHM) jitter of 100 ps per pixel, a 3-dB maximum count rate of 645 Mcps and no evidence of crosstalk at the 0.1% level. This camera system therefore facilitates a variety of picosecond time-resolved measurement-based applications that include biomedical imaging, quantum communications, and long-range single-photon light detection and ranging (LiDAR) and 3D imaging.
- Abstract（参考訳）: 超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)は、検出効率、低暗カウントレート、最小タイミングジッタ、高最高カウントレートなどの記録的性能により、近赤外(NIR)および短波赤外(SWIR)スペクトル領域における単光子検出の最先端技術である。
SNSPDの様々な幾何学および設計パラメータは、しばしば特定のアプリケーションに注意深く適合しており、その結果、性能特性の最適化が他人に悪影響を及ぼすことなく課題となる。
特に、より大きな配列形式にスケールする場合、低温冷却システムにおいて多くのリードアウトケーブルが生成する熱負荷を管理することが重要な課題である。
ここでは、戦略的に重要なSWIRスペクトル領域において、全ての操作パラメータの性能を示す実用的で、64画素のSNSPDアレイシステムを示す。
この検出器は、30.mu}mピッチ上の27.5 x 27.8.mu}mピクセルの8x8アレイであり、80-85%の充填率をもたらす。
1550nmの波長では、ピクセル当たりの光子検出効率は77.7%であり、観測されたシステム検出効率(SDE)は65%であった。
フルパフォーマンスの特徴付けは、暗カウントレートが20 cps/ピクセル、フル幅半最大ジッタが100 ps/ピクセル、最大カウントレートが645 Mcps、3dB最大カウントレートが645 Mcps、クロストークの証拠が0.1%である。
このカメラシステムは、バイオメディカルイメージング、量子通信、長距離単光子光検出・測光(LiDAR)および3Dイメージングを含む、様々なピコ秒時間分解測定ベースのアプリケーションを促進する。
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