|
|
Корнеев, А. А., Минаева, О., Рубцова, И., Милостная, И., Чулкова, Г., Воронов, Б., et al. (2005). Сверхпроводящий однофотонный детектор на основе ультратонкой пленки NbN. Квантовая электроника, 35(8), 698–700.
Abstract: Представлены результаты исследований сверхпроводящих однофотонных детекторов, изготовленных из ультратонкой пленки NbN. Развитие технологического процесса изготовления детекторов, а также снижение рабочей температуры до 2 К позволили существенно увеличить квантовую эффективность: для видимого света (λ = 0.56 мкм) она составила 30%–40%, т.е. достигла предела, определяемого коэффициентом поглощения пленки. С ростом длины волны квантовая эффективность экспоненциально падает, составляя ~20% на λ=1.55 мкм и ~0.02% на λ = 5 мкм. При скорости темнового счета ~10-4s-1 экспериментально измеренная эквивалентная мощность шума составила 1.5 × 10-20 Вт/Гц-1/2; в дальнейшем она может быть уменьшена до рекордно низкого значения 5 × 10-21 Вт/Гц-1/2. Временное разрешение детектора равно 30 пс.
|
|
|
|
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).
|
|
|
|
Чулкова, Г. М., Семёнов, А. В., Дивочий, А. В., & Тархов, М. А. (2011). Сверхпроводниковый однофотонный детектор с разрешением числа фотонов для систем дальней телекоммуникационной связи. Ж. радиоэлектрон., (12), 1–6.
Abstract: Рассмотрена возможность применения сверхпроводникового однофотонного детектора, разрешающего число фотонов, в качестве датчика приёмных модулей телекоммуникационных линий. Показано, что для достижения доли ошибочных битов на уровне 10-11 достаточно на два порядка меньшей мощности в оптическом импульсе, чем при использовании существующих приёмных модулей.
|
|
|
|
Корнеева, Ю. П., Трифонов, А. В., Вахтомин, Ю. Б., Смирнов, К. В., Корнеев, А. А., Рябчун, С. А., et al. (2012). Расчет согласующего оптического резонатора для сверхпроводникового нанополоскового детектора. Преподаватель ХХI век, (3), 225–227.
Abstract: В статье произведен расчет резонатора, предназначенного для согласования сверхпроводникового нанополоскового однофотонного детектора с оптическим сигналом. Показано, что для детектора, выполненного из пленки с типичным сопротивлением квадрата 500 Ом и коэффициентом заполнения 0.5 коэффициент согласования с излучением, поляризованным параллельно полоскам детектора, достигает величины около 60%.
|
|
|
|
Семенов, А. В. (2010). Проскальзывание фазы, поглощение электромагнитного излучения и формирование отклика в детекторах на основе узких полосок сверхпроводников. Ph.D. thesis, , .
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
Чулкова, Г. М., Семёнов, А. В., Тархов, М. А., Гольцман, Г. Н., Корнеев, А. А., & Смирнов, К. В. (2012). О возможности использования PNR-SNPD в системах телекоммуникационной связи. Преподаватель ХХI век, (2), 244–246.
Abstract: Рассмотрена возможность применения сверхпроводникового нанополоскового детектора, разрешающего число фотонов (Photon-Number Resolving Superconducting Nanowire Photon Detector, PNR-SNPD), в качестве датчика приёмных модулей телекоммуникационных линий. Оценена мощность оптического импульса, необходимая для достижения приемлемо низкой доли ошибочных битов.
|
|
|
|
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.
|
|
|
|
Пентин, И. В., Смирнов, К. В., Вахтомин, Ю. Б., Смирнов, А. В., Ожегов, Р. В., Дивочий, А. В., et al. (2011). Быстродействующий терагерцевый приемник и инфракрасный счетчик одиночных фотонов на эффекте разогрева электронов в сверхпроводниковых тонкопленочных наноструктурах. Труды МФТИ, 3(2), 38–42.
Abstract: Представлены результаты создания приемных систем терагерцевого диапазона (0.3-70 ТГц), обладающих рекордным быстродействием (50 пс) и высокой чувствительностью (до 5x 10^(-14) Вт/Гц^(1/2)), а также однофотонных приемных систем ближнего инфракрасного диапазона с квантовой эффективностью 25 %, уровнем темнового счета 10-1c., максимальной скоростью счета ~ 100 МГц и временным разрешением до 50 пс.
|
|
|
|
Ferrari, S., Kahl, O., Kovalyuk, V., Goltsman, G. N., Korneev, A., & Pernice, W. H. P. (2015). Waveguide-integrated single- and multi-photon detection at telecom wavelengths using superconducting nanowires. Appl. Phys. Lett., 106(15), 151101 (1 to 5).
Abstract: We investigate single- and multi-photon detection regimes of superconducting nanowire detectors embedded in silicon nitride nanophotonic circuits. At near-infrared wavelengths, simultaneous detection of up to three photons is observed for 120 nm wide nanowires biased far from the critical current, while narrow nanowires below 100 nm provide efficient single photon detection. A theoretical model is proposed to determine the different detection regimes and to calculate the corresponding internal quantum efficiency. The predicted saturation of the internal quantum efficiency in the single photon regime agrees well with plateau behavior observed at high bias currents.
W. H. P. Pernice acknowledges support by the DFG Grant Nos. PE 1832/1-1 and PE 1832/1-2 and the Helmholtz society through Grant No. HIRG-0005. The Ph.D. education of O. Kahl is embedded in the Karlsruhe School of Optics and Photonics (KSOP). G. N. Goltsman acknowledges support by Russian Federation President Grant HШ-1918.2014.2 and Ministry of Education and Science of the Russian Federation Contract No.: RFMEFI58614X0007. A. Korneev acknowledges support by Statement Task No. 3.1846.2014/k. V. Kovalyuk acknowledges support by Statement Task No. 2327. We also acknowledge support by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) and the State of Baden-Württemberg through the DFG-Center for Functional Nanostructures (CFN) within subproject A6.4. We thank S. Kühn and S. Diewald for the help with device fabrication as well as B. Voronov and A. Shishkin for help with NbN thin film deposition and A. Semenov for helpful discussion about the detection mechanism of nanowire SSPD's.
The authors declare no competing financial interests.
|
|
|
|
Kovalyuk, V., Ferrari, S., Kahl, O., Semenov, A., Lobanov, Y., Shcherbatenko, M., et al. (2017). Waveguide integrated superconducting single-photon detector for on-chip quantum and spectral photonic application. In J. Phys.: Conf. Ser. (Vol. 917, 062032).
Abstract: With use of the travelling-wave geometry approach, integrated superconductor- nanophotonic devices based on silicon nitride nanophotonic waveguide with a superconducting NbN-nanowire suited on top of the waveguide were fabricated. NbN-nanowire was operated as a single-photon counting detector with up to 92 % on-chip detection efficiency in the coherent mode, serving as a highly sensitive IR heterodyne mixer with spectral resolution (f/df) greater than 106 in C-band at 1550 nm wavelength
|
|
|
|
Kovalyuk, V., Ferrari, S., Kahl, O., Semenov, A., Lobanov, Y., Shcherbatenko, M., et al. (2017). Waveguide integrated superconducting single-photon detector for on-chip quantum and spectral photonic application.
Abstract: By adopting a travelling-wave geometry approach, integrated superconductor- nanophotonic devices were fabricated. The architecture consists of a superconducting NbN- nanowire atop of a silicon nitride (Si 3 N 4 ) nanophotonic waveguide. NbN-nanowire was operated as a single-photon counting detector, with up to 92% on-chip detection efficiency (OCDE), in the coherent mode, serving as a highly sensitive IR heterodyne mixer with spectral resolution (f/df) greater than 10^6 in C-band at 1550 nm wavelength.
|
|
|
|
Vodolazov, D. Y., Korneeva, Y. P., Semenov, A. V., Korneev, A. A., & Goltsman, G. N. (2015). Vortex-assisted mechanism of photon counting in a superconducting nanowire single-photon detector revealed by external magnetic field. Phys. Rev. B, 92(10), 104503 (1 to 9).
Abstract: We use an external magnetic field to probe the detection mechanism of a superconducting nanowire single-photon detector. We argue that the hot belt model (which assumes partial suppression of the superconducting order parameter Δ across the whole width of the superconducting nanowire after absorption of the photon) does not explain observed weak-field dependence of the photon count rate (PCR) for photons with λ=450nm and noticeable decrease of PCR (with increasing the magnetic field) in a range of the currents for photons with wavelengths λ=450–1200nm. Found experimental results for all studied wavelengths can be explained by the vortex hot spot model (which assumes partial suppression of Δ in the area with size smaller than the width of the nanowire) if one takes into account nucleation and entrance of the vortices to the photon induced hot spot and their pinning by the hot spot with relatively large size and strongly suppressed Δ.
|
|
