OtimizaçãoDetector de fotão únicoDesempenho, maior eficiência de detecção e menor taxa de contagem escura podem ser alcançados:

Métodos para aumentar a eficiência da detecção

Escolha e preparação de materiais:

Escolha materiais com alta temperatura de transição supercondutora, baixa resistência e alta densidade de corrente crítica, como o nitreto de tungstênio (W), o nitreto de níobio (Nb) (NbN), o nitreto de titânio (Ti) (TiN) ou suas ligas (como NbTiN).

Estruturas de nanofios de alta qualidade são preparadas por meio de técnicas de crescimento de película fina (por exemplo, extensão de feixe molecular, deposição de laser de pulso, etc.) e técnicas de nanoprocessamento (por exemplo, gravação de feixe de íons focados, fotogravura de feixe eletrônico, etc.).

Otimizar o tamanho e a forma dos nanofios, como reduzir a largura dos nanofios e otimizar a forma da borda dos nanofios para melhorar a eficiência de absorção e a sensibilidade à detecção de fótons.

Acoplamento óptico e melhoria:

Usando estruturas como câmaras de ressonância óptica, condutores de onda ópticos ou antenas ópticas, os fótons de entrada são acoplados eficazmente ao nanofio para melhorar a interação dos fótons com o nanofio.

Os nanofios são depositados diretamente na superfície da cavidade de ressonância óptica ou do condutor de onda, ou para aumentar a eficiência da absorção de fótons, projetando estruturas de antenas ópticas especiais.

Trabalho paralelo de vários pixels:

Trabalhando em paralelo ao projetar uma matriz de detectores monofótons de nanofios supercondutores multipixel, a taxa de contagem e a resolução do número de fótons do detector podem ser significativamente melhoradas.

Temperatura de funcionamento reduzida:

Os detectores monofótons de nanofios supercondutores precisam trabalhar a temperaturas extremamente baixas (geralmente abaixo de alguns kelvins) para reduzir o ruído térmico e melhorar a eficiência da detecção.

Os sistemas de refrigeração eficientes, como os refrigeradores GM, e o design térmico otimizado permitem reduzir a temperatura de funcionamento do detector.

Otimizar a corrente de desvio:

O ajuste adequado da corrente de desvio do detector pode reduzir a contagem escura e o ruído, garantindo uma alta eficiência de detecção.

Encontre os valores ideais de corrente de desvio através de simulações experimentais e teóricas para obter o melhor desempenho de detecção.

Aumentar a eficiência quântica:

A utilização de estruturas retroiluminadas, como a estrutura de reforço de microcavidade Si3N4, aumenta a eficiência quântica do detector à base de silício até 95% (@1550nm).

Métodos para reduzir a taxa de contagem escura

Proteção eletromagnética:

Adote medidas de blindagem eletromagnética para reduzir o impacto do campo eletromagnético externo no desempenho do detector.

Ao projetar uma estrutura de blindagem eletromagnética razoável, o nível de ruído do detector pode ser reduzido efetivamente.

Projeto de circuito de baixo ruído:

Use circuitos de leitura eletrônica e processamento de sinais com baixo ruído para reduzir o impacto do ruído do circuito no desempenho do detector.

O design e a otimização de circuitos refinados permitem melhorar a relação sinal-ruído do detector e a eficiência da detecção.

Refrigeração ativa:

Reduza a temperatura do detector para suprimir o ruído de excitação térmica. Por exemplo, o resfriamento do APD a -40 ° C pode reduzir a taxa de contagem escura para abaixo de 1 cps.

Exclusão de luz ambiental:

Utilize várias camadas de depósito de vácuo metálico (taxa de blindagem > 60dB), filtro de interferência cascada (largura de banda < 1nm) e outras medidas para excluir a interferência da luz ambiental.

Otimizar o limiar de reconhecimento de sinais:

Utiliza um circuito de seleção dinâmico para definir o melhor limiar de identificação de acordo com a curva de distribuição do ruído (geralmente 5-10 vezes o pico do ruído).

Controle do tempo de morte:

Depois de ativar o sinal, desligue o detector temporariamente (por exemplo, 80 μs) para evitar que a carga residual cause ruído adicional.

As configurações de tempo de morte exigem que a eficiência e o ruído sejam equilibrados de acordo com cenários de aplicação específicos, como por exemplo, um tempo de morte mais longo pode ser necessário para reduzir o ruído em comunicações quânticas e um tempo de morte mais curto pode ser necessário para aumentar a eficiência em imagens de alta velocidade.

Projeto do filtro:

O modelo é calculado e projetado de acordo com as necessidades, o filtro é fixado na superfície do chip do detector após o processamento, encapsulado com a fibra óptica e ajusta a distância para alcançar o foco, inibindo fortemente a contagem escura de fundo do dispositivo.