Смирнов, К. В., Вахтомин, Ю. Б., Смирнов, А. В., Ожегов, Р. В., Пентин, И. В., Дивочий, А. В., et al. (2010). Приемники терагерцового и инфракрасного диапазонов, основанные на тонкопленочных сверхпроводниковых наноструктурах. Вестник НГУ. Серия: Физика, 5(4).
Abstract: В работе представлены результаты разработки и создания чувствительных и ультрабыстрых приемников, основанных на тонкопленочных сверхпроводниковых наноструктурах: болометрах на эффекте электронного разогрева (HEB – hot-electron bolometer) и детекторах одиночных фотонов видимого и инфракрасного диапазонов волн (SSPD – superconducting singe-photon detector). Представлены основные принципы работы сверхпроводниковых устройств, технология создания и конструкционные особенности приемников, их основные типы и характеристики. Достигнутые рекордные значения параметров приемных систем позволяют использовать созданные приборы при решении различных научно-исследовательских задач в ближнем, среднем и дальнем ИК диапазонах волн.
This work presents the results of the development and fabrication of sensitive and ultrafast detectorsbased on thin film superconducting nanostructures: hot-electron bolometers (HEBs) and visible and infrared superconducting singe photon detectors (SSPDs). The main operational principles of the superconducting devices are presentedas well as the technology of fabrication of the detectors and their main types and parameters. The achieved record parameters of the detectors allow application of the fabricated devices to solution of various research problems in the near, middle and far IR ranges.
|
Мошкова, М. А., Дивочий, А. В., Морозов, П. В., Золотов, Ф. И., Вахтомин, Ю. Б., & Смирнов, К. В. (2018). Высокоэффективные NBN однофотонные детекторы с разрешением числа фотонов. In Сборн. науч. труд. VII международн. конф. по фотонике и информац. опт. (pp. 400–401).
Abstract: Разработаны и исследованы сверхпроводниковые однофотонные детекторы, способные к разрешению до 3-х фотонов в коротком импульсе излучения и имеющие квантовую эффективность детектирования одиночных фотонов ~60% на длине волны lambda=1.55 мкм. Проведенная модернизация технологии изготовления детекторов, позволила получить приемные устройства с мультифотонной квантовой эффективностью, приближающейся к расчетным значениям.
|
Симонов, Н. О., Флоря, И. Н., Корнеева, Ю. П., Корнеев, А. А., & Гольцман, Г. Н. (2018). Однофотонный отклик в тонких сверхпроводящих MoNx пленках. In Сборн. науч. труд. VII международн. конф. по фотонике и информац. опт. (pp. 408–409).
Abstract: Продемонстрирован однофотонный отклик, при токе близком к критическому, в MoNx сверхпроводящих полосках шириной 70-104 нм. MoNx детекторы, имеющие коэффициент диффузии D≈0.32 см2/с и время электрон-фононного взаимодействия ηe-ph≈300 пс, достигают квантовой эффективности QE≈20% на длине волны λ=1550 нм. Возможность реализации однофотонного детектора в данном материале, подтверждает существующую теорию вихревого механизма возникновения фотоотклика в узких сверхпроводящих полосках.
|
Золотов, Ф. И., Дивочий, А. В., Вахтомин, Ю. Б., Пентин, И. В., Морозов, П. В., Селезнев, В. А., et al. (2018). Применение тонких сверхпроводниковых пленок нитрида ванадия для изготовления счетчиков одиночных ИК-фотонов. In Сборн. науч. труд. VII международн. конф. по фотонике и информац. опт. (pp. 60–61).
Abstract: Получены первые результаты по применению сверхпроводниковых пленок нитрида ванадия (VN) для детекторов одиночных фотонов ИК-диапазона. Изучение сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD), изготовленных на основе ультратонких (~5 нм) пленок VN, показало возможность создания устройств с близкой к насыщению зависимостью квантовой эффективности от тока смещения детекторов в телекоммуникационном диапазоне длин волн. Также нами были исследованы кинетическая индуктивность изготовленных структур с различной длиной сверхпроводниковой полоски и времена релаксации электронов в тонких сверхпроводниковых пленках VN.
|
|
Елезов, М. С., Корнеев, А. А., Дивочий, А. В., & Гольцман, Г. Н. (2009). Сверхпроводящие однофотонные детекторы с разрешением числа фотонов. In Науч. сессия МИФИ (pp. 47–58).
|
Korneev, A., Minaeva, O., Rubtsova, I., Milostnaya, I., Chulkova, G., Voronov, B., et al. (2005). Superconducting single-photon ultrathin NbN film detector. Quantum Electronics, 35(8), 698–700.
Abstract: Superconducting single-photon ultrathin NbN film detectors are studied. The development of manufacturing technology of detectors and the reduction of their operating temperature down to 2 K resulted in a considerable increase in their quantum efficiency, which reached in the visible region (at 0.56 μm) 30%—40%, i.e., achieved the limit determined by the absorption coefficient of the film. The quantum efficiency exponentially decreases with increasing wavelength, being equal to ~20% at 1.55 μm and ~0.02% at 5 μm. For the dark count rate of ~10-4s-1, the experimental equivalent noise power was 1.5×10-20 W Hz-1/2; it can be decreased in the future down to the record low value of 5×10-21 W Hz-1/2. The time resolution of the detector is 30 ps.
|
|
Slysz, W., Wegrzecki, M., Papis, E., Gol'tsman, G. N., Verevkin, A., & Sobolewski, R. (2004). A method of optimization of the NbN superconducting single-photon detector (Vol. 36).
|
Korneev, A., Divochiy, A., Tarkhov, M., Minaeva, O., Seleznev, V., Kaurova, N., et al. (2008). Superconducting NbN-nanowire single-photon detectors capable of photon number resolving. In Supercond. News Forum.
Abstract: We present our latest generation of ultra-fast superconducting NbN single-photon detectors (SSPD) capable of photon-number resolving (PNR). The novel SSPDs combine 10 μm x 10 μm active area with low kinetic inductance and PNR capability. That resulted in significantly reduced photoresponse pulse duration, allowing for GHz counting rates. The detector’s response magnitude is directly proportional to the number of incident photons, which makes this feature easy to use. We present experimental data on the performance of the PNR SSPDs. These detectors are perfectly suited for fibreless free-space telecommunications, as well as for ultra-fast quantum cryptography and quantum computing.
|
|
Goltsman, G. (2009). Superconducting NbN hot-electron bolometer mixer, direct detector and single-photon counter: from devices to systems.
|
|
Zolotov, P., Divochiy, A., Korneeva, Y., Vakhtomin, Y., Seleznev, V., & Smirnov, K. (2015). Capability investigation of superconducting single-photon detectors, optimized for 800–1200 nm spectrum range.
|
Zolotov, P., Vakhtomin, Y., Divochiy, A., Seleznev, V., Morozov, P., & Smirnov, K. (2013). High-efficiency single-photon detectors based on NbN films.
Abstract: We present our resent results in development and testing of Superconducting Single-Photon Detectors (SSPD) with detection efficiencies greater than 85%. High values of obtained results are assigned to proposed design of the detector with integrated resonator structure, including two-layer optical cavity and anti-reflective coating (ARC).
|
Morozov, P., Lukina, M., Shirmanova, M., Divochiy, A., Dudenkova, V., Gol'tsman, G. N., et al. (2021). Singlet oxygen phosphorescence imaging by superconducting single-photon detector and time-correlated single-photon counting. Opt. Lett., 46(6), 1217–1220.
Abstract: This Letter presents, to the best of our knowledge, a novel optical configuration for direct time-resolved measurements of luminescence from singlet oxygen, both in solutions and from cultured cells on photodynamic therapy. The system is based on the superconducting single-photon detector, coupled to the confocal scanner that is modified for the near-infrared measurements. The recording of a phosphorescence signal from singlet oxygen at 1270 nm has been done using time-correlated single-photon counting. The performance of the system is verified by measuring phosphorescence from singlet oxygen generated by the photosensitizers commonly used in photodynamic therapy: methylene blue and chlorin e6. The described system can be easily upgraded to the configuration when both phosphorescence from singlet oxygen and fluorescence from the cells can be detected in the imaging mode. Thus, co-localization of the signal from singlet oxygen with the areas inside the cells can be done.
|
Elezov, M., Ozhegov, R., Goltsman, G., & Makarov, V. (2019). Countermeasure against bright-light attack on superconducting nanowire single-photon detector in quantum key distribution. Opt. Express, 27(21), 30979–30988.
Abstract: We present an active anti-latching system for superconducting nanowire single-photon detectors. We experimentally test it against a bright-light attack, previously used to compromise security of quantum key distribution. Although our system detects continuous blinding, the detector is shown to be partially blindable and controllable by specially tailored sequences of bright pulses. Improvements to the countermeasure are suggested.
|
Kovalyuk, V., Ferrari, S., Kahl, O., Semenov, A., Shcherbatenko, M., Lobanov, Y., et al. (2017). On-chip coherent detection with quantum limited sensitivity. Sci Rep, 7(1), 4812.
Abstract: While single photon detectors provide superior intensity sensitivity, spectral resolution is usually lost after the detection event. Yet for applications in low signal infrared spectroscopy recovering information about the photon's frequency contributions is essential. Here we use highly efficient waveguide integrated superconducting single-photon detectors for on-chip coherent detection. In a single nanophotonic device, we demonstrate both single-photon counting with up to 86% on-chip detection efficiency, as well as heterodyne coherent detection with spectral resolution f/f exceeding 10(11). By mixing a local oscillator with the single photon signal field, we observe frequency modulation at the intermediate frequency with ultra-low local oscillator power in the femto-Watt range. By optimizing the nanowire geometry and the working parameters of the detection scheme, we reach quantum-limited sensitivity. Our approach enables to realize matrix integrated heterodyne nanophotonic devices in the C-band wavelength range, for classical and quantum optics applications where single-photon counting as well as high spectral resolution are required simultaneously.
|
Shcheslavskiy, V., Morozov, P., Divochiy, A., Vakhtomin, Y., Smirnov, K., & Becker, W. (2016). Erratum: “Ultrafast time measurements by time-correlated single photon counting coupled with superconducting single photon detector” [Rev. Sci. Instrum. 87, 053117 (2016)] (Vol. 87).
Abstract: In the original paper1the Ref. 10 should be M. Sanzaro, N. Calandri, A. Ruggeri, C. Scarcella, G. Boso, M. Buttafava, and A. Tosi, Proc. SPIE9370, 93701T (2015).
|
