Um detector de fóton único (SPD) é sensível à incidência de quanta individuais de luz e tem muitas aplicações em fotônica, como medições de fluorescência, alcance de laser, refletômetro óptico no domínio do tempo e experimentos de óptica quântica.



SPDs de infravermelho próximo no comprimento de onda de telecomunicações de 1550 nm são indispensáveis ​​para QKD de fibra óptica, com opções incluindo detectores de fóton único de nanofios supercondutores criogênicos (SNSPD) e fotodiodos de avalanche InGaAs resfriados eletricamente (APDs). Entre eles, os APDs apresentam vantagens práticas por serem compactos, de baixo custo e por não necessitarem de refrigeração em temperatura ultrabaixa.

No modo Geiger, a forte resposta capacitiva do APD ao disparo de subnanossegundos deve ser rejeitada através de um circuito de leitura projetado especificamente para permitir a detecção de avalanches induzidas por fótons fracos. Os circuitos rápidos de disparo e leitura acrescentam desafios à modularização e à miniaturização, que é uma etapa necessária para atender a uma ampla gama de aplicações.

Um grupo de pesquisa desenvolveu recentemente um novo circuito de leitura que incorpora um filtro de onda acústica de superfície (SAW) em um interferômetro Mach-Zehnder de radiofrequência assimétrico, conhecido como circuito de interferência de banda ultraestreita (UNIC), e obteve desempenho excepcional para bandas estreitas. rejeição de banda da resposta capacitiva SPD. O trabalho foi publicado na revista Advanced Devices &Instrumentation .

Graças ao longo atraso de grupo do filtro SAW, o interferômetro UNIC pode produzir uma rejeição de banda ultraestreita com uma tolerância de fabricação facilmente alcançável nos comprimentos de trilha de RF.

O UNIC pode fornecer uma banda passante ampla e contínua no domínio da frequência e, portanto, traz pouca distorção ao sinal de avalanche. A equipe relata o desenvolvimento de um módulo InGaAs SPD autônomo que integra totalmente a eletrônica de acionamento e leitura, bem como regulação e compensação de temperatura.

Sua dimensão mede apenas 8,8×6×2 cm ³ e é quase um fator 4 menor em volume do que o módulo detector mais compacto existente que usa um circuito de leitura monoliticamente integrado. Simultaneamente, esta redução de tamanho não traz deterioração de desempenho.

A equipe de pesquisa usa suas técnicas UNIC anteriores para a leitura do sinal APD, mas adiciona uma compensação automática de temperatura para garantir um desempenho ideal em uma ampla faixa de temperatura ambiente.

Com entrada de clock de 1,25 GHz, o módulo se caracteriza por ter desempenho comparável ao seu equivalente construído com equipamento de bancada. O UNIC-SPD apresenta excelente desempenho com uma eficiência líquida de detecção de 30% com uma probabilidade de pós-pulsação de 2,4% sob um tempo de espera de 3 ns. O tamanho compacto e o desempenho de última geração permitem ao módulo UNIC-SPD um enorme potencial para imagens de fóton único e distribuição de chaves quânticas em alta velocidade.

Mais informações: Haoyang Wang et al, Progress on Chip-Based Spontaneous Four-Wave Mixing Quantum Light Sources, Advanced Devices &Instrumentation (2023). DOI:10.34133/adi.0032
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