Флоря, И. Н., Корнеева, Ю. П., Корнеев, А. А., & Гольцман, Г. Н. (2011). Сверхпроводниковый однофотонный детектор для среднего инфракрасного диапазона на основе узких параллельных полосок. Труды МФТИ, 3(2), 14–17.
Abstract: Мы рассматриваем ультрабыстрый сверхпроводниковый однофотонный детектор (SSPD). SSPD представляет собой тонкопленочную наноструктуру — очень узкую и длинную полоску сверхпроводника, изогнутую в виде меандра, изготовленную из пленки NbN толщиной 4 нм, нанесенной на сапфировую подложку. SSPD хорошо сопрягается с оптоволокном и легко может быть интегрирован в полностью готовую для работы приемную систему. В стремлении продвинуться в средний ИК диапозон нам удалось разработать SSPD в виде параллельно соединенных полосок с шириной полоски всего 50 нм и сохранить при этом сверхпроводящие свойства. Эти детекторы показывают более чем на порядок большую чувствительность на длине волны 3;5 мкм, чем SSPD в виде меандра. Полученные результаты открывают путь к эффективным детекторам среднего ИК-диапазона, обладающим скоростью счета свыше 1 ГГц.
|
Корнеева, Ю. П., Флоря, И. Н., Корнеев, А. А., & Гольцман, Г. Н. (2010). Cверхпроводящий однофотонный детектор для дальнего ИК диапазона длин волн. In Науч. сессия НИЯУ МИФИ (pp. 46–47).
Abstract: Мы представляем быстродействующий сверхпроводниковый однофотонный детектор (SSPD) для дальнего инфракрасного диапазона на основе ультратонкой монокристаллической пленки NbN толщиной 3 нм, состоящий из параллельных полосок. QE на длине волны 1,5.μм и 1,3 μм для предложенного SSPD практически одинаковы. SSPD показывает отклик длительностью 200 пс, что открывает путь к детекторам, обладающим скоростью счета свыше 1 ГГц.
|
Манова, Н. Н., Корнеева, Ю. П., & Корнеев, А. А., Гольцман, Г. Н. (2010). Cверхпроводящий однофотонный детектор, интегрированный с оптическим резонатором. In Науч. сессия НИЯУ МИФИ (pp. 92–93).
|
Елезов, М. С., Тархов, М. А., Дивочий, А. В., Вахтомин, Ю. Б., & Гольцман, Г. Н. (2010). Система регистрации одиночных фотонов в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. In Науч. сессия НИЯУ МИФИ (pp. 94–95).
|
Тархов, М. А. (2016). Разработка сверхпроводниковых однофотонных детекторов с повышенной спектральной чувствительностью и быстродействием. Ph.D. thesis, НИЦ "Курчатовский институт", .
|
Тархов, М. А. (2016). Разработка сверхпроводниковых однофотонных детекторов с повышенной спектральной чувствительностью и быстродействием. Автореферат.
|
Флоря, И. Н. (2009). Ультрабыстрый однофотонный детектор для оптических применений. In Науч. сессия МИФИ (pp. 45–46).
Abstract: Представлен сверхпроводниковый однофотонный детектор (SSPD) на основе ультратонкой пленки NbN, обладающий рекордным быстродействием. Активный элемент выполнен в виде N сверхпроводящих полосок соединенных параллельно, покрывающих площадку размером 10 мкм х 10 мкм. Для SSPD с N=12 длительность импульса напряжения составляет 200 пс. Полученные результаты открывают путь к детекторам обладающими скоростью счета свыше 1 ГГц, что делает SSPDs весьма привлекательными во многих применениях, в частности для квантовой криптографии. SSPD хорошо согласуется с оптоволокном и легко может быть интегрирован в полностью готовую для работы приемную систему.
|
Korneeva, Y. P., Vodolazov, D. Y., Semenov, A. V., Florya, I. N., Simonov, N., Baeva, E., et al. (2018). Optical single photon detection in micron-scaled NbN bridges. arXiv:1802.02881v1 [cond-mat.supr-con].
Abstract: We demonstrate experimentally that single photon detection can be achieved in micron-wide NbN bridges, with widths ranging from 0.53 μm to 5.15 μm and for photon-wavelengths from 408 nm to 1550 nm. The microbridges are biased with a dc current close to the experimental critical current, which is estimated to be about 50 % of the theoretically expected depairing current. These results offer an alternative to the standard superconducting single-photon detectors (SSPDs), based on nanometer scale nanowires implemented in a long meandering structure. The results are consistent with improved theoretical modelling based on the theory of non-equilibrium superconductivity including the vortex-assisted mechanism of initial dissipation.
|
Korneeva, Y., Vodolazov, D., Florya, I., Manova, N., Smirnov, E., Korneev, A., et al. (2018). Single photon detection in micron scale NbN and α-MoSi superconducting strips. In EPJ Web Conf. (Vol. 190, 04010 (1 to 2)).
Abstract: We experimentally demonstrate the single photon detection in straight micrometer-wide NbN and α-MoSi bridges. Width of the bridges is 2 µm, while the wavelength of the photon changes from 408 to 1550 nm and critical current exceeds 50% of the depairing current. Obtained results offer the alternative route for design of detectors without resonator and meander structure and indirectly confirm vortex assisted mechanism of single photon detection.
|
Мошкова, М. А., Дивочий, А. В., Морозов, П. В., Антипов, А. В., Вахтомин, Ю. Б., & Смирнов, К. В. (2019). Оценка статистики распределения фотонов с использованием многоэлементного сверхпроводникового однофотонного детектора. In Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е. В. Арменского (pp. 201–202). МИЭМ НИУ ВШЭ.
Abstract: Проведен сравнительный анализ топологий сверхпроводниковых однофотонных детекторов с способностью к разрешению до четырёх фотонов в коротком импульсе ИК излучения. Получен детектор, с системной квантовой эффективностью ~85% на λ=1550 нм. Продемонстрирована возможность его использования для распределения числа фотонов импульсного источника излучения.
|
Smirnov, K., Korneev, A., Minaeva, O., Divochiy, A., Tarkhov, M., Ryabchun, S., et al. (2007). Ultrathin NbN film superconducting single-photon detector array. In J. Phys.: Conf. Ser. (Vol. 61, pp. 1081–1085).
Abstract: We report on the fabrication process of the 2 × 2 superconducting single-photon detector (SSPD) array. The SSPD array is made from ultrathin NbN film and is operated at liquid helium temperatures. Each detector is a nanowire-based structure patterned by electron beam lithography process. The advances in fabrication technology allowed us to produce highly uniform strips and preserve superconducting properties of the unpatterned film. SSPD exhibit up to 30% quantum efficiency in near infrared and up to 1% at 5-μm wavelength. Due to 120 MHz counting rate and 18 ps jitter, the time-domain multiplexing read-out is proposed for large scale SSPD arrays. Single-pixel SSPD has already found a practical application in non-invasive testing of semiconductor very-large scale integrated circuits. The SSPD significantly outperformed traditional single-photon counting avalanche diodes.
|
Kitaygorsky, J., Zhang, J., Verevkin, A., Sergeev, A., Korneev, A., Matvienko, V., et al. (2005). Origin of dark counts in nanostructured NbN single-photon detectors. IEEE Trans. Appl. Supercond., 15(2), 545–548.
Abstract: We present our study of dark counts in ultrathin (3.5 to 10 nm thick), narrow (120 to 170 nm wide) NbN superconducting stripes of different lengths. In experiments, where the stripe was completely isolated from the outside world and kept at temperature below the critical temperature Tc, we detected subnanosecond electrical pulses associated with the spontaneous appearance of the temporal resistive state. The resistive state manifested itself as generation of phase-slip centers (PSCs) in our two-dimensional superconducting stripes. Our analysis shows that not far from Tc, PSCs have a thermally activated nature. At lowest temperatures, far below Tc, they are created by quantum fluctuations.
|
Zhang, J., Slysz, W., Verevkin, A., Okunev, O., Chulkova, G., Korneev, A., et al. (2003). Response time characterization of NbN superconducting single-photon detectors. IEEE Trans. Appl. Supercond., 13(2), 180–183.
Abstract: We report our time-resolved measurements of NbN-based superconducting single-photon detectors. The structures are meander-type, 10-nm thick, and 200-nm wide stripes and were operated at 4.2 K. We have shown that the NbN devices can count single-photon pulses with below 100-ps time resolution. The response signal pulse width was about 150 ps, and the system jitter was measured to be 35 ps.
|
Lobanov, Y. V., Shcherbatenko, M. L., Semenov, A. V., Kovalyuk, V. V., Korneev, A. A., Goltsman, G. N., et al. (2017). Heterodyne spectroscopy with superconducting single-photon detector. In EPJ Web Conf. (Vol. 132, 01005).
Abstract: We demonstrate successful operation of a Superconducting Single Photon Detector (SSPD) as the core element in a heterodyne receiver. Irradiating the SSPD by both a local oscillator power and signal power simultaneously, we observed beat signal at the intermediate frequency of a few MHz. Gain bandwidth was found to coincide with the detector single pulse width, where the latter depends on the detector kinetic inductance, determined by the superconducting nanowire length.
|
Shcherbatenko, M., Lobanov, Y., Kovalyuk, V., Korneev, A., & Gol'tsman, G. N. (2016). Photon counting detector as a mixer with picowatt local oscillator power requirement. In Proc. 27th Int. Symp. Space Terahertz Technol. (110).
Abstract: At the current stage of the heterodyne receiver technology, great attention is paid to the development of detector arrays and matrices comprising many detectors on a single wafer. However, any traditional THz detector (such as SIS, HEB, or Schottky diode) requires quite a noticeable amount of Local Oscillator (LO) power which scales with the matrix size, and the total amount of the LO power needed is much greater than that available from compact and handy solid state sources. Substantial reduction of the LO power requirement may be obtained with a photon-counting detector used as a mixer. This approach, mentioned earlier in [1,2] provides a number of advantages. Thus, sensitivity of such a detector would be at the quantum limit (because of the photon-counting nature of the detector) and just a few LO photons for the mixing would be required leading to a possible breakthrough in the matrix receiver development. In addition, the receiver could be easily tuned from the heterodyne to the direct detection mode without any loss in its sensitivity with the latter limited only by the quantum efficiency of the detector used. We demonstrate such a technique with the use of the Superconducting Nanowire Single Photon Detector(SNSPD)[3] irradiated by both 1.5 μm LO with a tiny amount of power (from a few picowatts down to femtowatts) facing the detector, and the test signal with a power significantly less than that of the LO. The SNSPD was operated in the current mode and the bias current was slightly below its critical value. Irradiating the detector with either the LO or the signal source produced voltage pulses which are statistically evenly distributed and could be easily counted by a lab counter or oscilloscope. Irradiating the detector by the both lasers simultaneously produced pulses at the frequency f m which is the exact difference between the frequencies at which the two lasers operate. f m could be deduced form either counts statistics integrated over a sufficient time interval or with the help of an RF spectrum analyzer. In addition to the chip SNSPD with normal incidence coupling, we use the detectors with a travelling wave geometry design [4]. In this case a niobium nitride nanowire is placed on the top of a nanophotonic waveguide, thus increasing the efficient interaction length. Integrated device scheme allows us to measure the optical losses with high accuracy. Our approach is fully scalable and, along with a large number of devices integrated on a single chip can be adapted to the mid and far IR ranges. This work was supported in part by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation, contract no. 14.B25.31.0007 and by RFBR grant # 16-32-00465. 1. Leaf A. Jiang and Jane X. Luu, ―Heterodyne detection with a weak local oscillator, Applied Optics Vol. 47, Issue 10, pp. 1486-1503 (2008) 2. Matsuo H. ―Requirements on Photon Counting Detectors for Terahertz Interferometry J Low Temp Phys (2012) 167:840–845 3. A. Semenov, G. Gol'tsman, A. Korneev, “Quantum detection by current carrying superconducting film”, Physica C, 352, pp. 349-356 (2001) 4. O. Kahl, S. Ferrari, V. Kovalyuk, G. N. Goltsman, A. Korneev, and W. H. P. Pernice, ―Waveguide integrated superconducting single-photon detectors with high internal quantum efficiency at telecom wavelengths., Sci. Rep., vol. 5, p. 10941, (2015).
|