optimizarDetector de fotones únicosEl rendimiento, la mejora de la eficiencia de detección y la reducción de la tasa de conteo oscuro se pueden lograr mediante los siguientes métodos:
Métodos para mejorar la eficiencia de la detección
Selección y preparación de materiales:
Se seleccionan materiales con alta temperatura de transición superconductora, baja resistencia y alta densidad de corriente crítica, como el nitruro de tungsteno (w), nitruro de niobio (nb), nitruro de titanio (ti) o sus aleaciones (como nbtin).
Las estructuras de nanocables de alta calidad se preparan a través de técnicas finas de crecimiento de películas finas (como Epitaxia de haz molecular, deposición láser pulsada, etc.) y técnicas de nanoprocesamiento (como grabado de haz de iones enfocado, litografía de haz de electrones, etc.).
Optimizar el tamaño y la forma de los nanocables, como reducir el ancho de los nanocables y optimizar la morfología de los bordes de los nanocables para mejorar su eficiencia de absorción y sensibilidad de detección de fotones.
Acoplamiento óptico y mejora:
Se utilizan estructuras como resonadores ópticos, guías de onda ópticas o antenas ópticas para acoplar eficazmente los fotones incidente a los nanocables y mejorar la interacción entre los fotones y los nanocables.
Los nanocables se depositan directamente en la superficie de un resonador óptico o guía de onda, o se mejora la eficiencia de absorción de fotones diseñando una estructura especial de antena óptica.
Trabajo paralelo de múltiples píxeles:
Al diseñar una matriz de detectores de fotones únicos de nanocables superconductores de múltiples píxeles y realizar el trabajo paralelo, se puede mejorar significativamente la tasa de conteo y la capacidad de resolución del número de fotones de los detectores.
Reducir la temperatura de trabajo:
Los detectores de fotones únicos de nanocables superconductores deben funcionar a temperaturas extremadamente bajas (generalmente por debajo de unos pocos kelvin) para reducir el ruido térmico y mejorar la eficiencia de la detección.
El uso de sistemas de refrigeración eficientes (como refrigeradores gm) y un diseño térmico optimizado puede reducir la temperatura de funcionamiento del detector.
Optimizar la corriente de sesgo:
Ajustar adecuadamente la corriente de sesgo del detector puede garantizar una alta eficiencia de detección y reducir el número de Contadores ocultos y el ruido.
A través de simulaciones experimentales y teóricas, se encuentra el valor ideal de la corriente de sesgo para lograr el mejor rendimiento de detección.
Mejorar la eficiencia cuántica:
La eficiencia cuántica del detector a base de silicio se puede mejorar al 95% (@ 1550 nm) utilizando una estructura de retroiluminación (como la estructura de mejora de microcavidad si3n4).
Métodos para reducir la tasa de conteo secreto
Blindaje electromagnético:
Se adoptan medidas de blindaje electromagnético para reducir la influencia de los campos magnéticos externos en el rendimiento del detector.
Al diseñar una estructura razonable de blindaje electromagnético, se puede reducir efectivamente el nivel de ruido del detector.
Diseño de circuitos de bajo ruido:
El uso de circuitos electrónicos de lectura de bajo ruido y circuitos de procesamiento de señales reduce el impacto del ruido del Circuito en el rendimiento del detector.
A través del diseño fino del circuito y la optimización, se puede mejorar la relación señal - ruido y la eficiencia de detección del detector.
Enfriamiento activo:
Reducir la temperatura del detector y inhibir el ruido de excitación térmica. Por ejemplo, enfriar la APD a - 40 ° C puede reducir la tasa de conteo oscuro por debajo de 1cps.
Exclusión de la luz ambiental:
Se utilizan almacenes de vacío metálicos multicapa (tasa de blindaje superior a 60 db), filtros de interferencia en cascada (ancho de banda inferior a 1 nm) y otras medidas para eliminar la interferencia óptica ambiental.
Optimizar el umbral de identificación de la señal:
Utilizando un circuito de detección dinámica, se establece el umbral de identificación óptimo de acuerdo con la curva de distribución del ruido (generalmente 5 - 10 veces el pico de ruido).
Control del tiempo muerto:
Después de activar la señal, se cierra brevemente el detector (por ejemplo, 80 μs) para evitar que la carga residual provoque ruido adicional.
La configuración del tiempo muerto requiere sopesar la eficiencia con el ruido en función de escenarios de aplicación específicos, como puede requerir un tiempo muerto más largo para reducir el ruido en la comunicación cuántica, mientras que en la imagen de alta velocidad puede requerir un tiempo muerto más corto para mejorar la eficiencia.
Diseño del filtro:
De acuerdo con las necesidades, se utiliza un modelo para calcular y diseñar el filtro, que se fija a la superficie superior del chip detector después de procesar y formar el filtro, se encapsula con la fibra óptica y se ajusta la distancia para lograr el enfoque, lo que suprime fuertemente el número de subtítulos de fondo del dispositivo.