論文の概要: Timing Jitter Induced by Stochastic Baseline Fluctuations in High-Count-Rate Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.14316v1
- Date: Thu, 14 May 2026 03:27:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-16 00:43:04.09043
- Title: Timing Jitter Induced by Stochastic Baseline Fluctuations in High-Count-Rate Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
- Title（参考訳）: 高温超伝導ナノワイヤ単光子検出器における確率ベースライン変動によるタイミングジッタ
- Authors: Dianpeng Wang, You Xiao, Jiamin Xiong, Chenrui Wang, Zhen Wan, Hongxin Xu, Chaomeng Ding, Jia Huang, Lixing You, Hao Li,
- Abstract要約: SNSPDシステムにおいて,有限メモリの読み出しダイナミクスから生じるベースライン変動が,時間ジッタの固有源となることを示す。
我々は,光子統計,読み出し力学,タイミングジッタを結合するフレームワークを開発した。
本研究は,高頻度演算における時間分解能を制限する基本メカニズムとして,ベースラインダイナミクスを同定した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.64409980473241
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) have demonstrated timing jitter in the few-picosecond regime, yet their timing resolution deteriorates substantially under high-count-rate operation. Existing interpretations mainly attribute this degradation to deterministic waveform distortions, such as multiphoton responses and pulse pile-up, yet the experimentally observed jitter broadening at high count rates cannot be fully accounted for within this picture. Here, we show that stochastic baseline fluctuations arising from finite-memory readout dynamics constitute an intrinsic source of the count-rate-dependent timing jitter in SNSPD systems. For stochastically arriving photons, overlapping recovery responses accumulate in the readout chain and generate statistically fluctuating baselines, which are converted into timing uncertainty through threshold-based timing extraction. We develop a stochastic-process framework that quantitatively connects photon statistics, readout dynamics, and timing jitter. The framework predicts characteristic scaling behaviors, including a nonmonotonic dependence of baseline fluctuations under pulsed excitation with a maximum near half of the repetition frequency. These predictions are quantitatively verified through systematic variations of count rate, circuit time constant, and detector dynamical properties. Our results identify stochastic baseline dynamics as a fundamental mechanism limiting timing resolution in high-count-rate SNSPD operation and provide a general framework for optimizing finite-memory high-speed photon-counting systems.
- Abstract（参考訳）: 超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)は、数ピコ秒状態のタイミングジッタを実証しているが、そのタイミング分解能は高いカウント動作下で著しく低下する。
既存の解釈では、この劣化は多光子応答やパルスパイルアップなどの決定論的波形歪みに起因するが、高いカウントレートでのジッタ拡大は、この画像の中で完全に説明できない。
ここでは,有限メモリの読み出し力学から生じる確率的ベースライン変動が,SNSPDシステムにおけるカウントレート依存タイミングジッタの固有源であることを示す。
確率的に到着する光子に対して、重なり合う回復応答は読み出しチェーンに蓄積され、統計的に変動するベースラインを生成し、しきい値に基づくタイミング抽出によってタイミング不確実性に変換される。
我々は,光子統計,読み出し力学,タイミングジッタを定量的に結合する確率過程フレームワークを開発した。
このフレームワークは、パルス励起下でのベースライン変動の非単調な依存を含む特性的スケーリング挙動を、繰り返し周波数の最大半分近くで予測する。
これらの予測は、カウントレート、回路時間定数、検出器の動的特性の体系的な変化によって定量的に検証される。
本研究では,高速SNSPD動作における時間分解能を制限する基本メカニズムとして確率的ベースラインダイナミクスを同定し,有限メモリ高速光子計数システムの最適化のための一般的な枠組みを提供する。
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