Photon-number resolving detector based on a series array of superconducting nanowires
本文介绍了超导光子数分辨探测器的实验演示。它基于N个超导纳米线的串联，每个纳米线并联连接到集成电阻器。该装置提供了一个单一的电压读数，与不同纳米线吸收的光子数成比例。用GaAs衬底上的NbN薄膜制成的四元件探测器，在探测n=1-4个光子时，观察到了清晰分离的输出能级，在1300 nm波长处，单光子系统量子效率为2.6%。串联纳米线结构是有前途的，鉴于其可扩展性，大光子数和高效率。
2012-03-25 physics.ins-det physics.optics quant-ph
On-chip, photon-number-resolving, telecom-band detectors for scalable photonic information processing
集成是目前实现可扩展光子量子处理设备的唯一可行途径，这些设备足够复杂，可以真正用于计算，计量和模拟。嵌入式片上检测对此类设备至关重要。我们展示了一个集成的光子数分辨检测器，在电信频段在1550 nm，采用渐逝耦合设计，使其能够放置在任意位置内的平面电路。在引导光学模式中，通过从倏逝场吸收到钨过渡边缘传感器中来分辨多达5个光子。检测效率为7.2 \pm 0.5%。实验还证明了该探测器的偏振灵敏度。设备设计的详细建模显示了达到高检测效率的明确可行的路线。
2011-07-27 physics.optics quant-ph
Nanoantenna enhancement for telecom-wavelength superconducting single photon detectors
超导纳米线单光子探测器作为一种关键的红外光子计数技术正在迅速崛起。两个正面耦合的银偶极纳米天线，模拟在1480 nm和1525 nm的谐振，在两个步骤的过程中制造。当照射天线时，观察到系统检测效率提高了50%至130%。这为增加超导纳米线的吸收提供了一条途径，创造了更大的有源区，并在更长的波长下实现了更有效的检测。
2015-01-14 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Physics and application of photon number resolving detectors based on superconducting parallel nanowires
并行纳米线检测器（PND）是光子数分辨（PNR）检测器，其在亚波长尺度上使用空间复用以提供与光子数成比例的单个电输出。PND的基本结构是几个NbN超导纳米线（100 nm宽，几nm厚）的并联连接，折叠成曲折的图案。采用反应磁控溅射法在MgO（TS= 400 C）衬底上制备了3-4 nm厚的NbN薄膜，并在Ar/N2混合气体中制备了PND。设备性能的特点是速度和灵敏度。PND显示计数率为80 MHz，脉冲持续时间低至660 ps半高宽（FWHM）。构建光响应峰值的直方图，没有观察到倍增噪声积累。为了研究其工作原理，定义设计准则，并开发一种算法来估计未知光的光子数统计，开发了该设备的电学和光学等效模型。特别是，建模提供了新的洞察力的物理限制的检测效率和这些检测器的复位时间。PND在简单性、灵敏度、速度和乘法噪声方面显著优于现有的PNR检测器。
2009-02-27 physics.ins-det physics.optics
Waveguide photon-number-resolving detectors for quantum photonic integrated circuits
量子光子集成电路是利用光子进行可扩展量子处理的一种很有前途的方法。基于超导纳米线的波导单光子探测器（WSPD）最近已被证明与单光子源兼容，用于单片集成。虽然标准WSPD提供单光子灵敏度，但更复杂的超导纳米线结构可以配置为具有光子数分辨能力。在这项工作中，我们提出了波导光子数分辨探测器（WPNRD）的GaAs/Al 0.75 Ga 0.25 As脊波导的基础上的串联的纳米线。0-4个光子的检测已经用具有单个电读出的四线WPNRD证明。在1310 nm处，TE偏振的器件量子效率约为24%.
2013-08-21 physics.optics quant-ph
Resolving photon numbers using a superconducting tapered nanowire detector
时间和数量分辨光子探测是光子量子信息处理的关键。现有的光子数分辨（PNR）探测器通常具有有限的定时和暗计数性能，或者需要复杂的制造和操作。在这里，我们展示了一个PNR检测器在电信波长的基础上，一个单一的超导纳米线与集成阻抗匹配锥。原型设备能够分辨多达五个吸收的光子，并且具有16.1 ps的定时抖动，<2 c.p.s.。器件暗计数率，$\sim$ 86 ns复位时间，以及1550 nm处5.6%的系统检测效率（无腔）。单光子和双光子响应之间的特殊区别是符合计数的理想选择，并使我们能够直接观察到从Hong-Ou-Mandel干涉仪的单个输出端口的光子对的聚束。这种探测器结构可以提供一个实用的解决方案，需要高的时间分辨率和少光子歧视的应用。
2019-11-21 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Generation of parabolic similaritons in tapered silicon photonic wires: comparison of pulse dynamics at telecom and mid-IR wavelengths
研究了锥形硅光子纳米线（Si-PhNWs）在电信（λ=1.55 μm）和中红外（λ=2.2 μm）波段的抛物型自相似光脉冲的产生。我们的计算研究是基于一个严格的理论模型，该模型充分描述了线性和非线性光学效应对脉冲在任意变化宽度的Si-PhNW中传输的影响。数值模拟表明，在正常的色散制度，光脉冲自然演变成抛物线脉冲传播毫米长的锥形Si-PhNW，与此脉冲整形过程的效率是强烈依赖于光谱和脉冲参数制度的设备操作，以及特定形状的Si-PhNW。
2013-07-05 physics.optics
Optical performance monitoring at 640Gb/s via slow-light in a silicon nanowire
我们演示了在40 Gb/s，160 Gb/s和640 Gb/s的比特率下，在紧凑的（80微米）色散工程的二维硅光子晶体波导中使用慢光增强型光学三次谐波产生（THG）的带内光学信噪比（OSNR）和残余色散的光学性能监测。我们表明，在640 Gb/s的信号处理相对于40 Gb/s的增强没有固有的退化，并且该器件应该在1 Tb/s以上工作。这项工作代表了硅器件处理速度创纪录的16倍增长，并为慢光在超高带宽电信系统中发挥关键作用打开了大门。
2015-05-13 physics.optics
Self-aligned multi-channel superconducting nanowire avalanche photodetector
我们描述了一个微加工过程，允许耦合的单模通信光纤阵列的个人超导纳米线单光子探测器（SNSPD）。作为原理证明，我们展示了四个探测器在同一硅片上的集成，包括两个标准的单节纳米线探测器和两个超导纳米线雪崩光电探测器（SNAP）与修改的串联结构，没有外部电感，并比较它们的性能。SNAP显示饱和系统检测效率为16%，而暗计数率小于20 Hz，而不使用光子再循环反射器。与标准SNSPD相比，SNAP还具有双倍的信噪比、更短的复位时间（~ 4.9 ns衰减时间）和更好的定时抖动（62 ps FWHM）。
2016-01-07 physics.ins-det physics.optics
Improved heralded single-photon source with a photon-number-resolving superconducting nanowire detector
单光子的确定性产生对于许多量子信息技术是必不可少的。发射光子对的体光学非线性，其中一个光子的测量预示着另一个光子的存在，通常使用的警告是，由于多光子事件和对发射速率之间的权衡，单光子发射速率受到约束。使用一个有效的和低噪声的光子数分辨超导纳米线探测器，我们预示着，在实时，在电信波长的单光子。我们进行了二阶光子相关$g^{2}(0)$测量的信号模式的空闲模式的测量的光子数为各种泵浦功率的条件下，并证明了一个预示单光子源的改进。我们开发了一个分析模型，使用相空间的形式主义，包括所有的多光子效应和相关的缺陷，如损失和多施密特模式。我们执行最大似然拟合来测试模型与数据的一致性，并提取每个泵浦功率的对源的最佳拟合平均光子数$μ$。在$μ= 0.327 \pm 0.007$的光子$g^{2}(0)$关联函数的$0.118 \pm 0.012$的最大减少得到，表明多光子发射的强烈抑制。对于固定的$g^{2}(0) = 7e-3$，我们将单对生成概率增加25%。我们的实验使用光纤耦合和现成的组件构建，描绘了一条工程理想的单光子源的路径。
2023-01-09 physics.optics quant-ph
Superconducting nanowire single-photon detectors fabricated from atomic-layer-deposited NbN
采用等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术制备了高质量的氮化铌（NbN）超薄膜。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）图案从这种材料表现出高开关电流和饱和的内部效率在一个广泛的偏置范围内，在1550 nm的电信波长。对数百个制造设备的统计分析表明，由于薄膜的特殊均匀性，产量接近统一。ALD-NbN材料代表了用于制造结合高效率、低抖动、低暗计数的大型单光子探测器阵列的理想超导材料。
2019-11-26 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
GHz detection rates and dynamic photon-number resolution with superconducting nanowire arrays
本文报道了一种由14个独立像素组成的超导纳米线阵列探测器，实现90%系统探测效率、1.5 GHz检测速率和动态光子数分辨，并展示了74%和57%的双光子与三光子保真度。
2023-06-20 physics.optics quant-ph
Superconducting series nanowire detector counting up to twelve photons
提出一种由十二个并联集成电阻的 NbN 纳米线元件串联构成的超导光子数分辨探测器，在电信波长实现 0–12 光子的十三级分辨，并表明其具备扩展动态范围的潜力。
2013-11-25 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Waveguide integrated low noise NbTiN nanowire single-photon detectors with milli-Hz dark count rate
超导纳米线单光子探测器由于其对电信波长光子的高探测效率而成为集成量子光子电路的理想匹配。量子光学技术还要求单光子探测具有低暗计数率和高定时精度。在这里，我们提出了非常低的噪声超导纳米线单光子探测器的基础上NbTiN薄膜图案直接在氮化硅波导的顶部。我们系统地研究了各种各样的检测器设计，并表征其检测噪声性能。毫赫兹暗计数率证明了在整个工作范围内的纳米线探测器，也具有低定时抖动。超低的暗计数率与我们的行波探测器几何结构固有的高探测效率相结合，产生了10^（-20）W/Hz^（1/2）水平的测量噪声等效功率。
2013-06-02 physics.optics quant-ph
A superconducting nanowire photon number resolving four-quadrant detector-based Gigabit deep-space laser communication receiver prototype
深空探测需要从非常遥远的目标快速传输大量数据。激光通信是一种很有前途的技术，由于光的发散角很窄，它可以提供比传统微波通信快一个数量级的数据速率。该研究展示了一种光子敏感接收机原型，具有超过千兆数据速率，对强背景光子噪声具有免疫力，并且具有同步跟踪能力。这些优点继承自联合优化的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）阵列，该阵列设计成四象限结构，每个象限能够分辨六个光子。在自由空间耦合低振动低温恒温器中，系统探测效率达到72.7%，探测器效率为97.5%，总光子计数率为1.6Gcps。此外，还测试了脉冲位置调制（PPM）格式的通信性能。为了最大限度地提高前向纠错（FEC）码的性能，引入了一系列的信号处理方法。因此，接收器表现出更快的数据速率和更好的灵敏度约两倍（1.76光子/位在800 Mbps和3.40光子/位在1.2 Gbps）相比，以前报告的结果（3.18光子/位在622 Mbps的月球激光通信演示）。此外，还演示了在强背景噪声中的通信和同时跟踪能力，以应对日光操作和在深空情景中准确跟踪微弱信标光的挑战。
2022-11-29 astro-ph.IM physics.app-ph physics.ins-det
A Multi-Layer Three Dimensional Superconducting Nanowire Photon Detector
在这里，我们提出了一个新的设计范例超导纳米线单光子探测器，使用多层架构，将电引线下的纳米线。这允许非常大量的检测器元件（我们将类似于传统的CCD相机称之为像素）被放置在非常接近的位置。这导致比当前的单纳米线和多纳米线曲折线显著更好的光子数分辨率，同时保持类似的检测区域。我们讨论了像素的复位时间，以及如何修改设计以避免在极短的超导纳米线中看到的闩锁故障。这些优点使得多层超导数分辨光子探测器相对于长超导纳米线曲折的当前设计范例具有显著的优势。这样的优点在广泛的光子学应用中是期望的。
2012-02-07 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Tunable polarization-entangled near-infrared photons from orthogonal GaAs nanowires
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；CNRS, ECL, INSA Lyon, UCBL, CPE Lyon, INL（法国国家科学研究中心，里昂高等师范学院，里昂第一大学，里昂国立应用科学学院）；National University of Singapore（新加坡国立大学）；IMEC（imec研究所）
利用正交GaAs纳米线生成可调谐的近红外偏振纠缠光子，实现量子态的可控转变与高保真度
2025-12-02 physics.optics quant-ph
Generation of degenerate, factorizable, pulsed squeezed light at telecom wavelengths
我们描述了一个周期性极化的KTP晶体，产生一个纠缠，双模，压缩态与正交偏振，几乎相同的，可因子化的频率模式，和一些光子在不需要的频率模式。我们聚焦泵浦光束，以在两个模式之间创建近似圆形的联合光谱概率分布。在解开这两个模式后，我们观察到Hong-Ou-Mandel干涉，当应用8.6 nm带宽的光谱滤波器时，原始（背景校正）可见度为86%（95%）。我们用超导纳米线单光子探测器和光子数分辨跃迁边传感器测量了纠缠和解纠缠压缩态的二阶光子关联。这两种方法都同意并验证了检测到的模式包含所需的光子数分布。
2011-11-16 physics.optics quant-ph
Trap-dependent current suppression of optically excited III-V nanowires at cryogenic temperatures
IBM Research（IBM研究院）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
本研究首次在低温下研究III-V异质结构，揭示了陷阱状态对电流的温度依赖性抑制机制，并展示了通过热或光能调控陷阱的双调制方法。
2026-02-25 physics.optics
Multimode Fiber Coupled Superconducting Nanowire Single Photon Detectors with High Detection Efficiency and Time Resolution
在过去的十年中，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）逐渐成为任何要求苛刻的量子光学实验中不可或缺的一部分。到目前为止，大多数SNSPD都耦合到单模光纤。耦合到多模光纤的SNSPD已经显示出有希望的效率，但尚未实现高时间分辨率。对于从量子纳米光子学到生物光学的许多应用，同时需要高效率和高时间分辨率。在本文中，我们演示了偏振对多模光纤耦合探测器的效率的作用，并展示了如何解决这个问题。我们制造了针对可见光、近红外和电信波长的高性能20、25和50μm直径探测器。一个定制的设置被用来模拟现实的实验与随机模式的纤维。我们同时实现了系统效率>80%和时间分辨率<20 ps，并制造了具有出色性能的大型探测器。
2019-08-16 physics.ins-det physics.optics
High performance superconducting nanowire single photon detectors operating at temperature from 4 to 7 K
我们实验研究NbTiN超导纳米线单光子探测器的性能高于传统的吉福德-麦克马洪制冷机的基础温度（2.5 K）。通过定制设计和厚度（8 - 13 nm）的探测器，高性能，高工作温度，从可见光到电信波长的单光子探测被证明。在4.3 K下，785 nm波长的探测效率为82%，时间抖动为30 $\pm$ 0.3 ps.此外，对于1550 nm和类似的工作温度，我们测得的检测效率高达64%。最后，我们表明，在温度高达7 K，单位内部效率保持可见光谱。我们的工作是特别重要的，允许大规模实施超导单光子探测器结合热源，如自由空间光学窗口，低温电子，微波源和有源光学元件的复杂的量子光学实验和生物成像。
2019-06-21 physics.ins-det physics.optics
Cryogenic Dielectric Metasurface-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
Syracuse University（雪城大学）
本文提出一种极低温介电超材料集成的单元素SNSPD，通过减小活性区域实现高SDE，并在电信波长处实现偏振分辨光探测。
2025-12-18 physics.optics quant-ph
Extracting Photon-Number Information from Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors Traces via Mean-Derivative Projection
Leiden University（莱顿大学）
本文通过PCA与新读出技术结合，揭示了SNSPDs的光子数分辨能力，发现光子数信息存在于单个主成分中，基于Bhattacharyya系数提出新置信度指标，表明在FPGA上可实现高可扩展性的实时光子计数。
2026-03-17 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Highly sensitive, photon number resolving detectors mediated by phonons using $δ$-doped GaAs transistors
本文报道了一种基于二维电子气晶体管的光子数分辨探测器。当光子脉冲撞击在吸收区域上时，所产生的声子在2DEG中朝向表面附近的沟槽隔离纳米线晶体管弹道地消散。声子-电子相互作用在晶体管中诱导正电导，导致电流增加。利用这一原理，我们获得了高达85%的这种类型的探测器的内部量子效率。
2010-05-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photon-number-resolution with sub-30-ps timing using multi-element superconducting nanowire single photon detectors
基于四元件超导纳米线单光子探测器的光子数分辨探测器被证明在测量单个光子的到达时间时具有低于30 ps的分辨率。该探测器可用于表征非脉冲光源的光子统计特性，并减轻高速光子计数应用中的死区效应。此外，在1550 nm处的25%的系统检测效率被证明，使得检测器可用于低通量源表征和高速光子计数和量子通信应用。该探测器的设计，制造和测试的描述，并提出了测量和理论性能之间的比较。
2008-05-15 physics.ins-det physics.optics
Brightness and purity of a room-temperature single-photon source in the blue-green range
本文提出一种基于内嵌单个CdSe量子点的核壳ZnSe锥形纳米线的室温蓝绿光单光子源，其g(2)(0)<0.3且亮度高，为非低温量子通信铺平道路。
2023-05-11 physics.optics
A 16-channel fiber array-coupled superconducting single-photon detector array with average system detection efficiency over 60% at telecom wavelength
我们报告了一个紧凑的，可扩展的，高性能的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）阵列，通过使用多通道光纤阵列耦合配置。对于直径为18 μ m的有源区，在1550 nm的电信波长照明的单个像素，我们实现了一个芯片上的像素产量为13/16，平均系统检测效率为69%，暗计数率为160 cps，最小定时抖动为74 ps，最大计数率为~40 Mcps。相邻信道间的光串扰系数优于-60 dB。光纤阵列耦合探测器的性能与耦合到单个光纤的独立探测器相当。我们的方法是有前途的可扩展的，高性能，高产量的SNSPD的发展。
2020-12-29 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Reducing $g^{(2)}(0)$ of a parametric down-conversion source via photon-number resolution with superconducting nanowire detectors
多光子贡献对实现基于非线性过程的预示单光子源（HSPS）提出了重大挑战。在这项工作中，我们通过利用商用超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的光子数分辨（PNR）能力来提高以这种方式产生的单光子的质量。我们报告了强度关联函数$g^{(2)}(0)$的$13 \pm 0.4 \%$降低，即使在光子源中的收集效率仅为$29.6\%$。我们的工作演示了SNSPD的PNR能力的第一个应用程序，并显示了HSPS的质量与广泛可用的技术的改进。
2021-11-30 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Travelling-wave single-photon detectors integrated with diamond photonic circuits - operation at visible and telecom wavelengths with a timing jitter down to 23 ps
我们报道了集成多晶金刚石光子电路的行波超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的设计、制备和测量。我们分析了它们在1600 nm和765 nm附近的近红外波长范围内的性能。近红外探测对于与电信基础设施的兼容性是重要的，而在可见光波长范围内的操作对于与金刚石中的硅空位中心的发射线的兼容性是相关的，金刚石中的硅空位中心可以用作有效的单光子源。我们的探测器具有高临界电流（高达31 μA）和高效率（在765 nm时高达74%）、噪声等效功率（在765 nm时低至4.4*10^-19 W/（Hz^1/2））和定时抖动（低至23 ps）方面的高性能。
2016-03-07 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Matrix of integrated superconducting single-photon detectors with high timing resolution
我们展示了一个大的网格上的单个芯片上的可寻址超导单光子探测器。每个探测器元件都完全集成到一个独立的波导电路中，在电信波长上具有定制功能。通过直接在绝缘体上硅波导的顶部上制造行波几何形状的纳米线检测器来实现高器件密度。我们的超导单光子探测器矩阵包括针对高探测效率、低暗计数率和高定时精度而优化的探测器设计。作为一个例子，我们利用一个特别短的纳米线设计的高定时分辨率，以解决个别光子往返在硅环谐振器的腔衰荡测量。
2013-02-05 physics.optics quant-ph
A scalable multi-photon coincidence detector based on superconducting nanowires
单光子的符合检测在许多量子技术中至关重要，并且通常需要多个时间分辨的单光子探测器。然而，当测量基础扩展到大量的空间模式时，电子读出成为一个主要的挑战。在这里，我们解决这个问题，通过引入一个双端符合检测器，使可扩展的读出阵列的检测器段的基础上超导纳米线微带传输线。利用时序逻辑，我们展示了一个16元探测器，解决了所有136个可能的单光子和双光子符合事件。我们进一步探讨了探测器输出的脉冲形状，并解决了4个光子符合事件中的4个元件的设备，使探测器的光子数分辨能力。这种新的探测器结构和操作方案将特别适用于大规模光子集成电路中的多光子符合探测。
2017-11-28 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
A Single-Photon Imager Based on Microwave Plasmonic Superconducting Nanowire
利用单光子探测器（SPD）阵列探测单个光子的空间和时间信息在光谱学、通信、生物成像、天文观测和量子信息处理等领域具有重要的应用价值。在目前的SPD中，基于超导纳米线的探测器具有出色的性能2，但由于高带宽低温电子读出的工程难度3 -8，其集成到大规模阵列中的能力受到限制。在这里，我们解决这个问题，通过演示一个可扩展的单光子成像仪使用一个连续的光子敏感的超导纳米线微波等离子体传输线。通过适当地设计纳米线的局部电磁环境，使得纳米线引导微波等离子体激元，由光子检测事件产生的传播电压信号被减慢到光速的约2%。因此，信号到达纳米线两端的时间差自然编码了光子吸收的位置和时间。因此，只有两条读出线，我们证明了一个19.7 mm长的纳米线蜿蜒穿过286 μm * 193 μm的面积能够分辨约590个有效像素，同时记录光子的到达时间，时间分辨率为50 ps。纳米线成像仪提供了一种可扩展的方法来实现时间和空间上的高分辨率光子成像。
2016-07-29 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
An avalanche-photodiode-based photon-number-resolving detector
雪崩光电二极管被广泛用作单光子的实用探测器。1尽管传统器件对一个或多个光子作出响应，但它们无法分辨入射脉冲或短时间间隔内的数量。然而，迫切需要这种光子数分辨探测器用于量子计算、2 -4通信5和干涉测量6中的应用，以及用于一般地扩展量子探测的适用性。在这里，我们表明，与目前的信念，3，4雪崩光电二极管能够检测光子数，使用的技术来测量非常弱的雪崩在其发展的早期阶段。在这样的条件下，来自雪崩光电二极管的输出信号与入射脉冲中的光子数成比例。作为一个紧凑的，大规模制造的设备，没有制冷剂和电信波长的工作，它提供了一个实用的解决方案，光子数检测。
2008-07-02 cond-mat.other physics.ins-det physics.optics
High quantum-efficiency photon-number-resolving detector for photonic on-chip information processing
集成光路是实现复杂量子光态和信息网络的一种很有前途的结构。这些应用中的许多应用所需的一个元件是能够区分光子数的高效光子检测器。我们提出了一个集成的光子系统，在电信波段在1550 nm的基础上紫外写入硅基二氧化硅波导和修改过渡边缘传感器能够数分辨率和超过40%的效率。利用这些器件的模式传输故障，我们将三个检测器串联复用，以证明单次通过的组合检测效率为79% +/- 2%，在片上终端反射光栅的工作波长下为88% +/- 3%。此外，我们的光学测量清楚地表明，由于散射或反射，该系统中没有明显的不明原因的损失。因此，这种波导和探测器设计允许在光子电路内的任意位置放置具有可预测效率的数分辨单光子探测器-这一能力为许多量子光学应用提供了巨大的潜力。
2013-05-28 physics.optics quant-ph
Kinetic Inductance and Jitter Dependence of the Intrinsic Photon Number Resolution in Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
本研究针对超导纳米线单光子探测器的光子数分辨受电学特性与读出抖动限制的问题，通过时间分辨测量探究动生电感和抖动的影响，发现提升动生电感可增强分辨能力但会降低计数率，揭示了二者的权衡关系。
2024-10-30 physics.optics quant-ph
Characterization of a photon-number resolving SNSPD using Poissonian and sub-Poissonian light
光子数分辨（PNR）单光子探测器对于基于光子的量子技术的新兴领域中的广泛应用是感兴趣的。特别是光子集成电路将为量子光子学的高复杂性和易用性铺平道路。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是特别感兴趣的，因为它们将高探测效率和高定时精度与高计数率相结合，并且它们可以被配置为PNR-SNSPD。在这里，我们提出了一个PNR-SNSPD的四光子分辨率适合波导集成工作在4 K的温度。对于泊松光源，在低于5个光子/脉冲的光子通量下实现了光子数的高统计精度，在900 nm和76 MHz的脉冲速率频率下的检测效率为22.7 ± 3.0%。我们证明了这样的检测器的能力，以区分一个子泊松从泊松光源。
2019-03-15 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Certification of the genuine resolution of photon number resolving detectors
University of Geneva（日内瓦大学）；Constructor University（Constructor 大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）
提出一种基于相干态探针的可扩展协议，用于认证光子数分辨探测器的真正分辨能力，并在28像素超导纳米线单光子探测器上认证了四结果分辨。
2026-06-15 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Universal Model for the Turn-on Dynamics of Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
我们描述了超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的开启动力学的一个非线性模型。通过从SNSPD的一个著名的非线性模型中提取一个标度律，我们表明，读出信号的上升时间编码的光子数以及纳米线的长度与缩放$t_\text{rise}\propto \sqrt{\ell/n}$。我们表明，这些结果持有的热效应的确切形式无关。这解释了SNSPD如何具有固有的光子数分辨能力。我们通过收集不同光子数的波形，根据我们预测的关系重新调整它们，并进行统计分析，表明重新调整后的曲线之间没有统计学意义，实验验证了光子数的依赖性。此外，我们使用我们预测的上升时间对探测器长度的依赖性，以提供进一步的见解，以前的理论工作由其他作者。通过假设特定的热模型，我们预测上升时间将与偏置电流$t_\text{rise}\propto \sqrt{1/I_b}$成比例。我们将此模型拟合到实验数据，发现$t_\text{rise}\propto 1/(n^{0.52 \pm 0.03} ~I_b^{0.63 \pm 0.02})$，这表明需要进一步的工作来更好地理解偏置电流的依赖性。这项工作提供了新的见解的非平衡动力学的超导薄膜暴露于电磁辐射。
2019-07-11 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Unveiling photon statistics with a 100-pixel photon-number-resolving detector
单光子探测器在量子信息科学和量子传感中无处不在。它们是众多科学发现和量子光学基础测试的关键技术。光子数旋转探测器是光的最终测量工具。然而，迄今为止，很少有探测器可以提供高保真的光子数分辨率在几个光子的水平。在这里，我们展示了一个芯片上的检测器，可以解决多达100个光子的时空多路复用的超导纳米线阵列沿单个波导。无与伦比的光子数分辨率与高速响应相结合，使我们能够首次揭示真正的热光源的量子光子统计，这是通过直接测量高阶关联函数g^（N）（N高达15），观察光子减法诱导的光子数增强，以及对相干光源的量子限制态鉴别来实现的。我们的探测器为各种重要的应用提供了一条可行的路线，包括光子量子计算和量子精密测量。
2022-06-28 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Demonstrating sub-3 ps temporal resolution in a superconducting nanowire single-photon detector
本研究使用专门的氮化铌SNSPD，将单光子探测器的时间分辨率降至400 nm处2.7±0.2 ps和1550 nm处4.6±0.2 ps，并发现内在效应对此有显著贡献。
2018-04-18 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Photon-number-resolving single-photon detector with a system detection efficiency of 98% and photon-number resolution of 32
本研究提出一种基于双层超导纳米线分段设计的单光子探测器，实现了约98%的系统探测效率和高达32的光子数分辨率，在弱光探测与光量子信息应用中具有重大潜力。
2025-04-03 physics.optics quant-ph
Mode-tunable inter-core coupling of photon-number-resolved quantum light in a telecom multicore fiber
Department of Physics, University at Buffalo, The State University of New York（纽约州立大学布法罗分校物理系）；Science and Technology Division, Corning Research and Development Corporation（康宁研发公司科学与技术部）
该研究在电信级39芯光纤中实现光子数分辨量子光的模可调芯间耦合，通过制备LP01-LP11相干叠加态，利用模式耦合速率差异实现3.9-13.1%的耦合调谐，并验证了传播的光子数无关性。
2026-10-05 physics.optics quant-ph
Analysis of a distributed fiber-optic temperature sensor using single-photon detectors
我们展示了一个高精度的分布式光纤温度传感器使用超导纳米线单光子探测器和单光子计数技术。我们的演示使用标准电信波长的廉价单模光纤作为传感光纤，这使得极低损耗的实验和与现有光纤网络的兼容性成为可能。我们表明，温度测量的不确定度随着积分周期的延长而降低，但最终受到校准不确定度的限制。3 K量级的温度不确定性是可能的，空间分辨率为1 cm量级，积分周期小至60秒。此外，我们表明，测量受到系统的不确定性，如极化衰落，这可以减少与极化分集接收机。
2011-11-17 physics.optics quant-ph
Resolving and resetting the charge environment of single T-centers in silicon p-i-n waveguides
Harvard University（哈佛大学）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；IonQ
本研究针对硅T中心电荷环境波动导致线宽展宽的问题，通过带隙以上光照重置电荷环境，将集成T中心线宽窄化至128(22) MHz，为量子互连优化提供了基础。
2026-08-18 physics.optics quant-ph
Single-shot discrimination of coherent states beyond the standard quantum limit
相干态的鉴别是光通信和量子密钥分发协议中的一个关键问题。在这项工作中，我们使用光子数分辨探测器，过渡边缘传感器，在电信波长鉴别二进制相移相干态。由于其动态范围和高效率，我们实现了误码率，无条件地超过标准量子限制（SQL）高达7.7 dB。对SQL的改进对于平均包含高达约7个光子的信号持续存在，并且在Single Shot中实现（即，没有测量反馈），从而使我们的方法与更大的带宽兼容。
2021-05-15 physics.optics quant-ph
An optics-free computational spectrometer using a broadband and tunable dynamic detector
本文提出一种基于宽带可调谐超导纳米线动态探测器的无光学元件单探测器计算光谱仪，通过量子效率矩阵反演实现660–1900 nm响应、6 nm分辨率，并演示8通道光谱LiDAR。
2021-04-13 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
On-Chip Detection of Entangled Photons by Scalable Integration of Single-Photon Detectors
光子集成电路（PIC）已经成为使用光子和原子系统的复杂量子技术的可扩展平台。一个中心目标是集成光子分辨探测器，以减少与片外探测器相关的光损耗、延迟和布线复杂性。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是特别有吸引力的，因为高检测效率，亚50 ps的定时抖动，纳秒级的复位时间，从可见光到中红外光谱的灵敏度。然而，虽然单个SNSPD已经被并入到单独的波导中，但是由于低器件成品率，在一个光子电路中的多个SNSPD的系统效率被限制在0.2%以下。在这里，我们介绍了一个微米级倒装芯片工艺，使SNSPD的可扩展集成在一系列的PIC。10个低抖动探测器集成在一个PIC上，器件成品率为100%。对于一个PIC上的多个SNSPD，平均系统效率超过10%，我们展示了非经典光的高保真片上光子相关测量。
2014-05-16 physics.optics
A platform for high performance photon correlation measurements
广泛的科学和工业学科需要在非常低的光照水平下进行精确的光学测量。单光子探测器结合高效率和高时间分辨率是关键在这样的实验。通过使用相对较厚的NbTiN（8- 11nm）膜和提高超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的纳米结构的图案保真度，我们制造的器件在效率和时间分辨率的组合方面表现出优于所有先前报道的探测器的性能。我们的研究结果证明，纳米线宽度的微小变化，在几个纳米的顺序，可以导致其时间响应的显着惩罚。为了解决这些问题，我们在780- 1000 nm波长范围内以及电信波段（1310- 1550 nm）内始终实现了高时间分辨率（最佳器件7.7 ps，其他器件$\sim$ 10- 16 ps）和高系统检测效率（$80-90\%$）。使用较厚的薄膜使我们能够制造具有均匀像素性能的大面积多像素器件。我们首先制造并表征了$100\times100\, μm^2$ 16像素探测器，并显示各个像素之间的变化很小。此外，为了展示我们平台的强大功能，我们制造并表征了4像素多模光纤耦合探测器，并在纳米线量子点上进行了光子相关实验，结果$g^2(0)$值低于0.04。多像素检测器减轻了对分束器的需求，并且可以用于高阶相关，不仅在量子光学领域，而且在生物成像应用（诸如荧光显微镜和正电子发射断层成像）中具有有前途的前景。
2020-03-22 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Heralding efficiency and correlated-mode coupling of near-IR fiber coupled photon pairs
本文报道了利用自发参量下转换产生的红外光子对耦合到单模光纤中的预示效率和产生速率的系统实验研究。我们定义的相关模式耦合效率-一个固有的源效率-并解释其关系的预示效率。在我们的实验中，我们开发了一个可重构的计算机控制的泵浦光和收集模式的光学装置，我们用来测量产生率和相关模式耦合效率。在此设置中使用低噪声，高效率的超导纳米线单光子探测器，使我们能够探索具有低整体光子通量的焦点配置。测量的数据与理论吻合良好，我们证明了相关模式耦合效率的$97 \pm 2\%$，这是最高的效率，但实现了这种类型的系统。这些结果证实了理论处理，并表明，非常高的整体预示效率，原则上，可以在量子光学系统中实现。预计这些结果和技术将被广泛纳入未来的系统，需要，或受益于，一个高的预报效率。
2014-09-25 physics.optics quant-ph
High Speed and High Efficiency Travelling Wave Single-Photon Detectors Embedded in Nanophotonic Circuits
超快、高量子效率的单光子探测器是现代量子光学和量子通信中最受欢迎的元件之一。高的光子探测效率对于可扩展的基于测量的量子计算、量子密钥分发和无环隙贝尔实验是必不可少的。然而，不完美的模式匹配和有限的光子吸收率通常限制了单光子探测器可达到的最大探测效率。在这里，我们展示了一个超导纳米线探测器顶部的纳米光子波导，使我们能够大大增加入射光子的吸收长度。当操作的检测器接近的临界电流，我们实现了高的芯片上的单光子检测效率高达91%，在电信波长，与波导光子通量的变化所决定的不确定性。我们还观察到非常低的暗计数率，而没有显着的妥协的检测效率。此外，我们的探测器完全嵌入在可扩展的硅光子电路中，并提供18ps的超短时间抖动。利用这种高的时间分辨率，我们证明了硅环形谐振器中的弹道光子输运。在芯片上直接实现这种具有高量子效率、高检测速度和低抖动时间的检测器克服了集成量子光子学中的主要障碍。
2012-04-04 physics.optics quant-ph
Superconducting microstrip single-photon detector with system detection efficiency over 90% at 1550 nm
通常，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）由具有典型宽度约100 nm的线组成。最近的研究发现，微米级宽度的超导条也可以探测到单光子。与SNSPD相比，超导微带单光子探测器（SMSPD）具有更小的动态电感、更高的工作电流和更低的制作精度要求，在超大有效面积探测器的研制中具有潜在的应用前景。然而，对SMSPD的研究还处于起步阶段，其高性能和实用化的实现仍然是一个悬而未决的问题。实验结果表明，在0.84 K下，当与单模光纤耦合时，在1550 nm的通信波长下，暗计数率为200 cps时，系统饱和探测效率为92.2%，偏振灵敏度为1.03，最小定时抖动为48 ps.在2.1K制冷机上运行时，探测器的制冷系数超过70%。
2021-04-27 physics.ins-det physics.optics
Photon discerner: Adaptive quantum optical sensing near the shot noise limit
提出一种基于自适应光子阈值的“光子识别”探测方法，无需记录精确光子数即可逼近散粒噪声极限，在量子DoLP相机和量子LiDAR等遥感应用中优于有限分辨率的光子数分辨探测器。
2023-07-27 physics.optics quant-ph
Broadband on-chip single-photon spectrometer
单光子计数器是单像素的二进制设备，点击光子的吸收，但模糊其光谱信息，而解决探测到的光子的颜色一直是前沿天文观测，光谱成像和波分复用量子通信的关键需求。单光子光谱仪的当前实现要么由庞大的波长扫描组件组成，要么具有有限的检测通道，从而阻止了具有高光谱分辨率的宽带单光子的并行检测。在这里，我们提出了第一个宽带芯片级单光子光谱仪，覆盖可见光和红外波段从600 nm到2000 nm。该光谱仪集成了一个片上色散中阶梯光栅和一个单元件超低速超导纳米线探测器，用于以高空间分辨率映射色散光子。演示的片上单光子光谱仪具有器件占用空间小、鲁棒性高、无移动部件的特点，同时提供200多个等效波长检测通道，具有更大的可扩展性。
2019-07-29 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Enhanced Detection Rate and High Photon-Number Efficiencies with a Scalable Parallel SNSPD
本文提出一种28像素并行架构SNSPD，以单同轴线简单读出实现高速低退化运行，最高单光子效率88%，双光子效率75%，三光子效率62%。
2024-12-18 physics.optics quant-ph
