О. В. МИНАЕВА, О.В. ОКУНЕВ, Г. М. ЧУЛКОВА, А. А. КОРНЕЕВ, К. В. СМИРНОВ, Б. М. ВОРОНОВ, Ю. Б. ВАХТОМИН, А. В. ДИВОЧИЙ, М. А. ТАРХОВ, Н. С. КАУРОВА, В. А. СЕЛЕЗНЕВ, И. И. МИЛОСТНАЯ, Г. Н. ГОЛЬЦМАН БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ОДНОФОТОННЫЙ ДЕТЕКТОР НА ОСНОВЕ ТОНКОЙ СВЕРХПРОВОДНИКОВОЙ ПЛЕНКИ NbN Монография Москва 2013 Оглавление Список сокращений и условных обозначений Введение Глава 1. <...> Механизм работы однофотонного сверхпроводникового детектора (SSPD) 5 9 20 1.1 Однофотонные детекторы видимого и ИК диапазонов . <...> . . 21 1.2 Процессы образования неоднородных резистивных состояний в сверхпроводящих пленках . <...> Квантовая эффективность, скорость темнового счета и эквивалентная мощность шума SSPD при рабочих температурах 2 – 4.2К 70 3.1 Зависимость квантовой эффективности SSPD от транспортного тока при температурах 4.2, 3.2 и 2 К . <...> . . . 111 5.3 Экспериментальная демонстрация применения SSPDs в квантовой оптической когерентной томографии (КОКТ) . <...> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Заключение Литература 130 133 Список сокращений и условных обозначений ИК — инфракрасный ЛФД (APD) — лавинный фотодиод ФЭУ (PMT) — фотоэлектронный умножитель NbN — нитрид ниобия TES — Transition Edge Sensor (детектор, работающий на сверхпроводящем переходе) SSPD — сверхпроводниковый однофотонный детектор ЦПФ (PSC) — центр проскальзывания фазы NEP — эквивалентная мощность шума (Noise Equivalent Power) FWHM — ширина на половине высоты (FullWidth at Half Maximum) МКА — многоканальный анализатор ВАП — время-амплитудный преобразователь ОКТ — оптическая когерентная томография КОКТ — квантовая оптическая когерентная томография PICA — Picosecond Imaging Circuit Analysis (метод бесконтактного неразрушающего тестирования микросхем путем получения изображения с пикосекудным временным разрешением) МОП — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник p-МОП (p-MOS) — структура металл-оксид-полупроводник с полупроводником p-типа HOM — интерферометр Хонг-Оу-Манделя (Hong-Ou-Mandel) GFP — зеленый флюоресцирующий протеин (Green Fluorescent Protein) 5 σ — коэффициент <...>
Быстродействующий_однофотонный_детектор_на_основе_тонкой_сверхпроводниковой_пленки_NbN_Монография.pdf
Оглавление
Список сокращений и условных обозначений
Введение
Глава 1. Обзор литературы. Механизм работы однофотонного
сверхпроводникового детектора (SSPD)
5
9
20
1.1 Однофотонные детекторы видимого и ИК диапазонов . . . 21
1.2 Процессы образования неоднородных резистивных состояний
в сверхпроводящих пленках . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.3 Механизм работы однофотонного сверхпроводникового детектора
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.4 Форма и длительность импульса . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Глава 2. Методы отбора образцов и методики экспериментов
по исследованию характеристик однофотонного сверхпроводникового
детектора.
45
2.1 Методика отбора образцов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2 Учет влияния ”повторных” импульсов на величину квантовой
эффективности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3 Экспериментальная установка и методика эксперимента по
исследованию зависимости квантовой эффективности и скорости
темновых срабатываний при температурах 4.2, 3.2 и 2
К от тока смещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4 Методика исследования джиттера SSPD по схеме совпадений
(старт-стоп система) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2
Стр.2
2.5 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Глава 3. Квантовая эффективность, скорость темнового счета
и эквивалентная мощность шума SSPD при рабочих температурах
2 – 4.2К
70
3.1 Зависимость квантовой эффективности SSPD от транспортного
тока при температурах 4.2, 3.2 и 2 К . . . . . . . . . . 71
3.2 Зависимость скорости темновых срабатываний от транспортного
тока при разных рабочих температурах . . . . . . . . . 77
3.3 Эквивалентная мощность шума SSPD при рабочей температуре
2К . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.4 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Глава 4. Исследование временных параметров и способы увеличения
быстродействия однофотонного сверхпроводникового
детектора
85
4.1 Исследование джиттера SSPD по схеме совпадений (стартстоп
система) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.2 Способы увеличения быстродействия однофотонного сверхпроводникового
детектора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3 Ультрабыстрый однофотонный сверхпроводниковый детектор
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
4.4 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
Глава 5. Применение однофотонных сверхпроводниковых детекторов
в квантовой оптике и биофотонных исследованиях
107
5.1
Литературный обзор применений однофотонных сверхпроводниковых
детекторов ИК диапазона . . . . . . . . . . . . 108
3
Стр.3
5.2 Экспериментальная демонстрация преимуществ применения
SSPD в оптической когерентной томографии (ОКТ) . . . . 111
5.3 Экспериментальная демонстрация применения SSPDs в
квантовой оптической когерентной томографии (КОКТ) . . 118
5.4 Анализ перспектив применения однофотонных сверхпроводниковых
детекторов излучения в биофотонных исследованиях
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.5 Выводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Заключение
Литература
130
133
Стр.4
УДК 62
ББК 32.844.13
М613
М613 Минаева О.В., Окунев О.В., Чулкова Г.М. и др. Быстродействующий
однофотонный детектор на основе тонкой сверхпроводниковой пленки NbN:
Монография. – М.: Прометей, 2013. – 144 с.
ISBN 978-5-7042-2475-4
© Авторский коллектив, 2013
© Издательство «Прометей», 2013
Стр.143