Un detector de fotón único (SPD) es sensible a la incidencia de cuantos de luz individuales y tiene muchas aplicaciones en fotónica, como mediciones de fluorescencia, alcance láser, reflectómetro óptico en el dominio del tiempo y experimentos de óptica cuántica.
Los SPD de infrarrojo cercano en la longitud de onda de telecomunicaciones de 1550 nm son indispensables para QKD de fibra óptica, con opciones que incluyen detectores criogénicos de fotón único de nanocables superconductores (SNSPD) y fotodiodos de avalancha de InGaAs (APD) refrigerados eléctricamente. Entre ellos, los APD tienen ventajas prácticas por su compacidad, bajo costo y no requieren refrigeración a temperatura ultrabaja.
En el modo Geiger, la fuerte respuesta capacitiva del APD a la activación por debajo del nanosegundo debe rechazarse mediante un circuito de lectura especialmente diseñado para permitir la detección de avalanchas inducidas por fotones débiles. Los circuitos de lectura y activación rápida añaden desafíos a la modularización y miniaturización, que es un paso necesario para servir a una amplia gama de aplicaciones.
Un grupo de investigación ha desarrollado recientemente un novedoso circuito de lectura que incorpora un filtro de onda acústica de superficie (SAW) en un interferómetro Mach-Zehnder de radiofrecuencia asimétrico, conocido como circuito de interferencia de banda ultraestrecha (UNIC), y obtuvo un rendimiento excepcional para Rechazo de banda de la respuesta capacitiva del SPD. El trabajo está publicado en la revista Advanced Devices &Instrumentation. .
Gracias al largo retardo de grupo del filtro SAW, el interferómetro UNIC puede producir un rechazo de banda ultraestrecha con una tolerancia de fabricación fácilmente alcanzable en las longitudes de pista de RF.
El UNIC puede proporcionar una banda de paso amplia y continua en el dominio de la frecuencia y, por lo tanto, genera poca distorsión en la señal de avalancha. El equipo informa sobre el desarrollo de un módulo SPD de InGaAs independiente que integra completamente la electrónica de conducción y lectura, así como la regulación y compensación de temperatura.
Su dimensión mide tan solo 8,8×6×2 cm 3 y es casi un factor de 4 más pequeño en volumen que el módulo detector más compacto existente que utiliza un circuito de lectura monolíticamente integrado. Al mismo tiempo, esta reducción de tamaño no conlleva un deterioro del rendimiento.
El equipo de investigación utiliza sus técnicas UNIC anteriores para la lectura de la señal APD, pero agrega una compensación automática de temperatura para garantizar un rendimiento óptimo en un amplio rango de temperatura ambiente.
Con una entrada de reloj de 1,25 GHz, el módulo se caracteriza por tener un rendimiento comparable al de su homólogo construido con equipos de sobremesa. El UNIC-SPD exhibe un rendimiento excelente con una eficiencia de detección neta del 30 % con una probabilidad de pospulso del 2,4 % en un tiempo de espera de 3 ns. El tamaño compacto y el rendimiento de última generación permiten al módulo UNIC-SPD un enorme potencial para la obtención de imágenes de fotón único y la distribución de claves cuánticas de alta velocidad.
Más información: Haoyang Wang et al, Progreso en fuentes de luz cuánticas de mezcla espontánea de cuatro ondas basadas en chips, Dispositivos e instrumentación avanzados (2023). DOI:10.34133/adi.0032
Proporcionado por instrumentos y dispositivos avanzados
