|
|
Sidorova, M., Semenov, A., Hübers, H. - W., Kuzmin, A., Doerner, S., Ilin, K., et al. (2018). Timing jitter in photon detection by straight superconducting nanowires: Effect of magnetic field and photon flux. Phys. Rev. B, 98(13), 134504 (1 to 14).
Abstract: We studied the effects of the external magnetic field and photon flux on timing jitter in photon detection by straight superconducting NbN nanowires. At two wavelengths 800 and 1560 nm, statistical distribution in the appearance times of photon counts exhibits Gaussian shape at small times and an exponential tail at large times. The characteristic exponential time is larger for photons with smaller energy and increases with external magnetic field while variations in the Gaussian part of the distribution are less pronounced. Increasing photon flux drives the nanowire from the discrete quantum detection regime to the uniform bolometric regime that averages out fluctuations of the total number of nonequilibrium electrons created by the photon and drastically reduces jitter. The difference between standard deviations of Gaussian parts of distributions for these two regimes provides the measure for the strength of electron-number fluctuations; it increases with the photon energy. We show that the two-dimensional hot-spot detection model explains qualitatively the effect of magnetic field.
|
|
|
|
Селиверстов, С. В., Финкель, М. И., Рябчун, С. А., Воронов, Б. М., Каурова, Н. С., Селезнев, В. А., et al. (2014). Терагерцевый сверхпроводниковый детектор с аттоджоулевым энергетическим разрешением и постоянной времени 25 пс. In Труды XVIII международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» (Vol. 1, pp. 91–92).
Abstract: Представлены результаты измерения энергетического разрешения терагерцевого сверхпроводникового NbN-детектора на эффектеэлектронного разогрева, работающего при температуре около 10 К. Использование инновационной in situ технологии производства привело к существенному улучшению чувствительности детектора. Увеличение быстродействия детектора было достигнуто за счет реализации дополнительного диффузионного канала охла-ждения электронной подсистемы. Измеренное значение эквивалентной мощности шума на частоте 2.5 ТГц составило 2.0×10-13Вт•Гц-0.5, постоянной времени 25 пс. Соответствующее расчетное значение энергетического разрешения составило 2.5 аДж.
|
|
|
|
Смирнов, К. В. (2000). Энергетическая релаксация электронов в 2D-канале гетеропереходов GAAS/ALGAAS и транспортные процессы в структурах полупроводник-сверхпроводник на их основе. Ph.D. thesis, , .
Abstract: Диссертация посвящена изучению электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном газе, образующемся на границе раздела полупроводников AlGaAs и GaAs, а также созданию на основе гетероперехода GaAs/AlGaAs и сверхпроводника NbN гибридных структур сверхпроводник-полупроводник-сверхпроводник и изучению их электрофизических свойств.
|
|
|
|
Hübers, H. - W., Semenov, A., Richter, H., Birk, M., Krocka, M., Mair, U., et al. (2002). Terahertz heterodyne receiver with a hot-electron bolometer mixer. In J. Wold, & J. Davidson (Eds.), Proc. Far-IR, Sub-mm, and mm Detector Technology Workshop.
Abstract: During the past decade major advances have been made regarding low noise mixers for terahertz (THz) heterodyne receivers. State of the art hot-electron-bolometer (HEB) mixers have noise temperatures close to the quantum limit and require less than a µW power from the local oscillator (LO). The technology is now at a point where the performance of a practical receiver employing such mixer, rather than the figures of merit of the mixer itself, are of major concern. We have incorporated a phonon-cooled NbN HEB mixer in a 2.5 THz heterodyne receiver and investigated the performance of the receiver. This yields important information for the development of heterodyne receivers such as GREAT (German receiver for astronomy at THz frequencies aboard SOFIA)[1] and TELIS (Terahertz limb sounder), a balloon borne heterodyne receiver for atmospheric research [2]. Both are currently under development at DLR.
|
|
|
|
Смирнов, К. В. (2009). Создание приборов на сверхпроводниковых счетчиках фотонов и методов диагностики КМОП микросхем, гетероструктур и лазеров на квантовых точках. Министерство образования и науки РФ.
Abstract: Этап №1 (дата окончания: 30.09.2009)
Разработана методика изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD) с монокристаллической структурой пленки сверхмалой толщины. Изготовлены экспериментальные образцы сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD). Разработана методика пакетирования сверхпроводникового однофотонного детектора в оптический узел с одномодовым оптоволокном. Изготовлены экспериментальные образцы приемных модулей на основе однофотонных сверхпроводниковых детекторов из NbN-нанопленок.
Этап №2 (дата окончания: 28.10.2009)
Разработаны методы диагностики КМОП микросхем, гетероструктур и лазеров на квантовых точках и методика измерения мощности излучения полупроводниковых лазеров на квантовых точках с использованием сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD). Проведена технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.
|
|
|
|
Чулкова, Г. М., Корнеев, А. А., Смирнов, К. В., & Окунев, О. В. (2012). Энергетическая релаксация в примесных металлах, двумерном электронном газе в AlGaAs-GaAs, сверхпроводниковых пленках NbN и детекторы субмиллиметрового и ик излучения на их основе. Прометей, МПГУ.
Abstract: Монография посвящена обзору исследований влияния эффектов электронного беспорядка на электронное взаимодействие в металлах, сверхпроводниках, полупроводниках, а также в различных низкоразмерных структурах. Актуальность поднятых в монографии вопросов определяется интенсивным развитием нанотехнологий, созданием новых наноструктурированных материалов и уникальных наноэлементов для электроники и фотоники. Упругое электронное рассеяние на границах наноструктур качественно меняет взаимодействие электронов с фонолами, что, безусловно, должно учитываться при проектировании соответствующей элементной базы. Прикладная часть работы посвящена контролируемой модификации электронных процессов для оптимизации новых наносенсоров на основе электронного разогрева в сверхпроводниковых и полупроводниковых структурах. Монография предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и начинающих следователей, работающих в области сверхпроводниковой наноэлектроники.
|
|
|
|
Smirnov, K., Vachtomin, Y., Divochiy, A., Antipov, A., & Goltsman, G. (2015). The limitation of noise equivalent power by background radiation for infrared superconducting single photon detectors coupled to standard single mode optical fibers. Rus. J. Radio Electron., (5).
Abstract: We investigated the minimum level of the dark count rates and noise equivalent power of superconducting single photon detectors coupled to standard single mode optical fibers. We found that background radiation limits the minimum level of the dark count rates. We also proposed the effective method for reducing background radiation out of the required spectral range of the detector. Measured noise equivalent power of detector reaches 8.9×10-19 W×Hz1/2 at a wavelength of 1.55 μm and quantum efficiency 35%.
|
|
|
|
Корнеев, А. А., Окунев, О. В., Чулкова, Г. М., Смирнов, К. В., Милостная, И. И., Минаева, О. В., et al. (2015). Спонтанные и фотоиндуцированные резистивные состояния в узких сверхпроводящих NbN полосках. МПГУ.
Abstract: Монография посвящена актуальной проблеме современной фотоники: разработке высокочувствительных и быстродействующих сверхпроводниковых однофотонных детекторов на основе тонкой пленки NbN. В работе исследуются неравновесные процессы, протекающие в тонкой сверхпроводящей пленке после поглощения инфракрасного фотона и приводящие к возникновению резистивного состояния. На этих процессах основан механизм фотоотклика исследуемого в работе однофотонного детектора. В частности, исследуются зависимости квантовой эффективности и скорости темнового счета от геометрических параметров детектора: толщины пленки, ширины полоски, а также от величины транспортного тока детектора. Монография предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и начинающих исследователей, работающих в области сверхпроводниковой наноэлектроники и радиофизики.
|
|
|
|
Zolotov, P. I., Vakhtomin, Y. B., Divochiy, A. V., Seleznev, V. A., & Smirnov, K. V. (2016). Technology development of resonator-based structures for efficiency increasing of NBN detectors of IR single photons. Proc. 5th Int. Conf. Photonics and Information Optics, , 115–116.
Abstract: This paper presents a technology of fabrication of NbN superconductive single- photon detectors, using resonator structures. The main results are related to optimization of the process of NbN sputtering over substrate with metallic mirrors and SiO 2 /Si 3 N 4 layers /4 thick. Investigation of the quantum efficiency of fabricated devices at 1.6 K on 1.55 μm showed triple-magnified value compared to standard Si/NbN structures.
|
|
|
|
Schroeder, E., Mauskopf, P., Pilyavsky, G., Sinclair, A., Smith, N., Bryan, S., et al. (2016). On the measurement of intensity correlations from laboratory and astronomical sources with SPADs and SNSPDs. In F. Malbet, M. J. Creech-Eakman, & P. G. Tuthill (Eds.), Proc. SPIE (Vol. 9907, 99070P (1 to 13)). SPIE.
Abstract: We describe the performance of detector modules containing silicon single photon avalanche photodiodes (SPADs) and superconducting nanowire single photon detectors (SNSPDs) to be used for intensity interferometry. The SPADs are mounted in fiber-coupled and free-space coupled packages. The SNSPDs are mounted in a small liquid helium cryostat coupled to single mode fiber optic cables which pass through a hermetic feed-through. The detectors are read out with microwave amplifiers and FPGA-based coincidence electronics. We present progress on measurements of intensity correlations from incoherent sources including gas-discharge lamps and stars with these detectors. From the measured laboratory performance of the correlation system, we estimate the sensitivity to intensity correlations from stars using commercial telescopes and larger existing research telescopes.
|
|
|
|
Lobanov, Y. V., Vakhtomin, Y. B., Pentin, I. V., Khabibullin, R. A., Shchavruk, N. V., Smirnov, K. V., et al. (2018). Characterization of the THz quantum cascade laser using fast superconducting hot electron bolometer. EPJ Web Conf., 195, 04004 (1 to 2).
|
|
|
|
Kuznetsov, K. A., Kornienko, V. V., Vakhtomin, Y. B., Pentin, I. V., Smirnov, K. V., & Kitaeva, G. K. (2018). Generation and detection of optical-terahertz biphotons via spontaneous parametric downconversion. In Proc. ICLO (303).
Abstract: We study spontaneous parametric downconversion (SPDC) in the strongly non-degenerate regime when the idler wave hits the terahertz range. By using the hot-electron bolometer, for the first time the SPDC-generated idler-wave photons were directly detected in the terahertz frequency range. Spectrum of corresponding signal photons was measured using standard technique by the CCD camera. Possible applications of correlated optical-terahertz biphotons are discussed.
|
|
|
|
Antipov, A. V., Seleznev, V. A., Vakhtomin, Y. B., Morozov, P. V., Vasilev, D. D., Malevannaya, E. I., et al. (2020). Investigation of WSi and NbN superconducting single-photon detectors in mid-IR range. In IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. (Vol. 781, 012011 (1 to 5)).
Abstract: Spectral characteristics of WSi and NbN superconducting single-photon detectors with different surface resistance and width of nanowire strips have been investigated in the wavelength range of 1.3-2.5 μm. WSi structures with narrower strips demonstrated better performance for detection of single photons in longer wavelength range. The difference in normalized photon count rate for such structures reaches one order of magnitude higher in comparison with structures based on NbN thin films at 2.5 μm.
|
|
|
|
Korneeva, Y. P., Manova, N. N., Dryazgov, M. A., Simonov, N. O., Zolotov, P. I., & Korneev, A. A. (2021). Influence of sheet resistance and strip width on the detection efficiency saturation in micron-wide superconducting strips and large-area meanders. Supercond. Sci. Technol., 34(8), 084001.
Abstract: We report our study of detection efficiency (DE) saturation in wavelength range 400 – 1550 nm for the NbN Superconducting Microstrip Single-Photon Detectors (SMSPD) featuring the strip width up to 3 μm. We observe an expected decrease of the $DE$ saturation plateau with the increase of photon wavelength and decrease of film sheet resistance. At 1.7 K temperature DE saturation can be clearly observed at 1550 nm wavelength in strip with the width up to 2 μm when sheet resistance of the film is above 630Ω/sq. In such strips the length of the saturation plateau almost does not depend on the strip width. We used these films to make meander-shaped detectors with the light sensitive area from 20×20μm2 to a circle 50 μm in diameter. In the latter case, the detector with the strip width of 0.49 μm demonstrates saturation of DE up to 1064 nm wavelength. Although DE at 1310 and 1550 nm is not saturated, it is as high as 60%. The response time is limited by the kinetic inductance and equals to 20 ns(by 1/e decay), timing jitter is 44 ps. When coupled to multi-mode fibre large-area meanders demonstrate significantly higher dark count rate which we attribute to thermal background photons, thus advanced filtering technique would be required for practical applications.
|
|
|
|
Vodolazov, D. Y., Manova, N. N., Korneeva, Y. P., & Korneev, A. A. (2020). Timing jitter in NbN superconducting microstrip single-photon detector. Phys. Rev. Applied, 14(4), 044041 (1 to 8).
Abstract: We experimentally study timing jitter of single-photon detection by NbN superconducting strips with width w ranging from 190 nm to 3μm. We find that timing jitter of both narrow (190 nm) and micron-wide strips is about 40 ps at currents where internal detection efficiency η saturates and it is close to our instrumental jitter. We also calculate intrinsic timing jitter in wide strips using the modified time-dependent Ginzburg-Landau equation coupled with a two-temperature model. We find that with increasing width the intrinsic timing jitter increases and the effect is most considerable at currents where a rapid growth of η changes to saturation. We relate it with complicated vortex and antivortex dynamics, which depends on a photon’s absorption site across the strip and its width. The model also predicts that at current close to depairing current the intrinsic timing jitter of a wide strip could be about ℏ/kBTc (Tc is a critical temperature of superconductor), i.e., the same as for a narrow strip.
|
|
