оптимизацияОднофотонный детекторПроизводительность, повышение эффективности обнаружения и снижение коэффициента темного счета могут быть достигнуты следующими методами:

Способы повышения эффективности обнаружения

Выбор и подготовка материалов:

Выберите материалы с высокой температурой преобразования сверхпроводимости, низким сопротивлением и высокой критической плотностью тока, такие как нитриды вольфрама (W), ниобия (Nb) (NbN), титана (Ti) (TiN) или их сплавы (например, NbTiN).

Высококачественные нанолинейные структуры создаются с помощью тонких технологий роста пленки (таких как экстензия молекулярного пучка, импульсное лазерное осаждение и т. Д.) и нанотехнологий обработки (таких как сфокусированное ионно - лучевое травление, электронно - лучевая литография и т. Д.).

Оптимизация размеров и формы нанолиний, таких как уменьшение ширины нанолиний, оптимизация формы края нанолиний для повышения их эффективности поглощения фотонов и чувствительности к обнаружению.

Оптическая связь и усиление:

Используя такие структуры, как оптические резонаторы, оптические волноводы или оптические антенны, падающие фотоны эффективно соединяются с нанолиниями и усиливают взаимодействие между фотонами и нанолиниями.

Наночастицы осаждаются непосредственно на поверхности оптического резонатора или волновода или повышают эффективность поглощения фотонов путем проектирования специальных оптических антенн.

Многопиксельная параллельная работа:

Параллельная работа путем проектирования многопиксельной сверхпроводящей нанометровой однофотонной решетки детекторов может значительно улучшить скорость счета детектора и разрешение числа фотонов.

Снижение рабочей температуры:

Сверхпроводящие нанопроводящие однофотонные детекторы должны работать при очень низких температурах (обычно ниже нескольких Кельвинов) для снижения теплового шума и повышения эффективности обнаружения.

Эффективные системы охлаждения (например, GM - холодильные установки) и оптимизированная тепловая конструкция позволяют снизить рабочую температуру детектора.

Оптимизация смещения тока:

Правильно отрегулируйте ток смещения детектора, чтобы уменьшить количество темных счетчиков и шумов при обеспечении высокой эффективности обнаружения.

С помощью экспериментального и теоретического моделирования можно найти идеальное значение смещения тока для достижения оптимальных характеристик обнаружения.

Повышение квантовой эффективности:

Использование задней структуры (например, микрополостной усиленной структуры Si3N4) повышает квантовую эффективность детектора на основе кремния до 95% (@ 1550 нм).

Способы снижения коэффициента учета

Электромагнитная защита:

Использование мер электромагнитной защиты для уменьшения влияния внешнего электромагнитного поля на производительность детектора.

Разрабатывая рациональную структуру электромагнитной защиты, можно эффективно снизить уровень шума детектора.

Конструкция схемы с низким уровнем шума:

Используйте схемы электронного считывания и схемы обработки сигналов с низким уровнем шума, чтобы уменьшить влияние шума схемы на производительность детектора.

Благодаря тонкой конструкции и оптимизации схемы можно улучшить отношение сигнала к шуму и эффективность обнаружения детектора.

Активное охлаждение:

Снижает температуру детектора и подавляет шум теплового возбуждения. Например, охлаждение APD до - 40°C может снизить скорость темных вычислений ниже 1 cps.

Свет окружающей среды исключается:

Используйте многослойные металлические вакуумные бункеры (скорость экранирования > 60 дБ), каскадные интерферометрические фильтры (полоса пропускания < 1 нм) и другие меры для устранения световых помех окружающей среды.

Оптимизация порога распознавания сигнала:

Оптимальный порог идентификации (обычно в 5 - 10 раз больше пикового уровня шума) устанавливается на основе кривой распределения шума с использованием схемы динамического скрининга.

Контроль времени смерти:

После срабатывания сигнала детектор временно выключается (например, 80 мкс), чтобы избежать дополнительного шума, вызванного остаточным зарядом.

Параметры времени смерти должны взвешивать эффективность и шум в зависимости от конкретного сценария применения, например, для снижения шума может потребоваться больше времени смерти в квантовой связи, а для повышения эффективности может потребоваться более короткое время смерти в высокоскоростной визуализации.

Конструкция фильтра:

В соответствии с требованиями модели для расчета и проектирования фильтра, обработки формирования фильтра после закрепления на поверхности чипа детектора, инкапсуляции с оптическим волокном и регулировки расстояния для достижения фокусировки, тем самым сильно подавляя фоновый счет устройства.