_ Un on -spectrometru reconstructiv cu numărătoare de fotoni cu chip cu matrice de detectoare în cascadă adaptată

Detectoarele supraconductoare cu nanofir un singur foton (SNSPD) au fost utilizate pe scară largă în diverse aplicații care necesită detectarea unui singur foton datorită performanțelor lor atractive. Deoarece SNSPD-urile sunt filme subțiri de serval nanometri în grosime, ele sunt convenabile de fabricat pe diferite substraturi și combinate cu alte structuri fotonice.

SNSPD-urile au fost integrate cu ghiduri de undă optice pe mai multe platforme de materiale. SNSPD-urile integrate în ghid de undă au fost aplicate în mai multe aplicații ale circuitelor fotonice cuantice (QPC), care acceptă unele funcții de informații cuantice fotonice, cum ar fi măsurarea interferenței cuantice pe cip.

Spectrometrul de numărare a fotonilor pentru un singur cip. -lumina ultra-slabă la nivel de foton este o altă aplicație interesantă. Recent, au fost raportate și mai multe lucrări privind spectrometrele de numărare a fotonilor bazate pe SNSPD-uri și structuri micro/nano-fotonice pe cip. În aceste lucrări, structurile micro/nano-fotonice modulează răspunsurile spectrale ale SNSPD-urilor.

Cu toate acestea, ele conduc, de asemenea, la pierderi de împrăștiere și limitează utilizarea fotonului de măsurare a ultra-leșinului cu un singur foton. ușoară. Este un subiect interesant cum să realizezi modulațiile de răspuns spectral SNSPD fără nicio pierdere de fotoni.

Prof. Echipa lui Wei Zhang de la Departamentul de Inginerie Electronică de la Universitatea Tsinghua, cooperând cu echipa Prof. Lixing You de la Institutul de Microsistem și Tehnologia Informației din Shanghai (SIMIT, CAS, China), a propus un nou spectrometru reconstructiv de numărare a fotonilor bazat pe cascada. efectul de absorbție al unei matrice SNSPD.

În această schemă, fotonii cu lungimi de undă diferite sunt difractați de o rețea Rowland în diferite locații din regiunea de focalizare de pe cip. Matricea SNSPD se află în regiunea de focalizare. Fiecare SNSPD din matrice are un model diferit, care controlează absorbția nanofirului supraconductor în diferite locații.

Lucrarea este publicată în jurnalul Advanced Devices & Instrumentation.

The spectral răspunsul acestui SNSPD este determinat de modelul său și de efectul de absorbție în cascadă al SNSPD-urilor dinaintea acestuia. Pe baza acestui mecanism, răspunsul spectral al fiecărui SNSPD din matrice ar putea fi proiectat în mod flexibil, susținând funcția unui spectrometru reconstructiv de numărare a fotonilor. În măsurare, toți fotonii ar fi absorbiți în matricea SNSPD fără nicio pierdere de fotoni în principiu.

Echipa de cercetare a fabricat un dispozitiv prototip și a demonstrat mecanismul de modulare a răspunsului spectral SNSPD în schema propusă, care este pe baza efectului de absorbție în cascadă al matricei SNSPD. Rezultatele experimentului au arătat că dispozitivul prototip a susținut măsurarea și reconstrucția spectrului de lumină la un singur nivel de foton. Rezoluția spectrală a măsurătorii este de 0,4 nm în intervalul de lungimi de undă de 1495–1515 nm.

Această lucrare a propus un spectrometru reconstructiv de numărare a fotonilor care combină o rețea Roland pe cip și o matrice SNSPD. Poate măsura și reconstrui spectrul luminii slabe cu un singur foton, în principiu, cu o utilizare ridicată a fotonului. Un dispozitiv prototip a fost proiectat și fabricat pentru a demonstra principiul schemei, arătând că răspunsurile spectrale ale SNSPD-urilor sunt determinate de tiparele lor și de efectul de absorbție în cascadă al matricei SNSPD.

Rezultatele experimentului au arătat că dispozitivul prototip a susținut măsurarea spectrală și reconstrucțiile. Rezoluția spectrală este de 0,4 nm în intervalul de lungimi de undă de 1495 ~ 1515 nm. Această cercetare oferă o modalitate interesantă și promițătoare de a dezvolta un spectrometru de numărare a fotonilor cu o utilizare ridicată a fotonilor.

(Fluierul)