Scalable readout interface for superconducting nanowire single-photon detectors using AQFP and RSFQ logic families
我们提出了一个可扩展的超导纳米线单光子探测器（SSPD）阵列的读出接口，我们称之为AQFP/RSFQ接口。该接口由绝热量子通量参量（AQFP）和快速单通量量子（RSFQ）逻辑系列组成。AQFP部分通过单根电缆读出SSPD阵列的空间信息，RSFQ部分通过单根电缆读出时间信息。由于RSFQ部分的操作中的低定时抖动，混合接口具有高时间分辨率。此外，由于AQFP器件工作时的电源电流较低，混合接口实现了高电路可扩展性。因此，混合接口适合于处理多像素SSPD阵列。我们演示了一个四像素的SSPD阵列使用的混合接口作为概念证明。测试结果表明，该混合接口能够以较低的误码率和较低的时序抖动读出所有像素。
2020-05-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det
The thermally-coupled imager: A scalable readout architecture for superconducting nanowire single photon detectors
虽然超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是量子光学，计量学和天文学的一种有前途的技术，但它们目前缺乏可扩展到百万像素制度及更高级别的读出架构。在这项工作中，我们已经设计并证明了这样的SNSPD架构，称为热耦合成像器（TCI）。TCI使用飞行时间延迟线和热耦合的组合来创建可扩展的架构，该架构可以扩展到大阵列尺寸，允许相邻检测器独立操作，并且无论阵列的大小如何，都只需要四条微波读出线即可操作。我们给出了一个概述的架构功能，并证明了概念验证$32\times32$成像阵列。该阵列能够在373 nm处成像自由空间聚焦光斑，在9.6 Mcps处计数，并以大于99.83%的可分辨性分辨光子位置。
2021-12-09 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Trap-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors with Improved RF Tolerance for Trapped-Ion Qubit State Readout
本文提出在射频离子陷阱中集成带接地铝镜屏蔽的 NbTiN 超导纳米线单光子探测器，可在 54V 峰值射频电势和 6K 温度下以 68% 系统探测效率工作，为可扩展量子计算中多种囚禁离子的并行高保真态读出提供支持。
2023-02-02 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.atom-ph
Jitter Characterization of a Dual-Readout SNSPD
为了更好地理解超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的时序分辨率（也称为抖动）的起源，我们对具有双端读出的氮化铌SNSPD进行了时序表征。通过同时测量两个读出脉冲以及光学定时参考信号，我们能够量化每个独立的贡献，总的测量抖动。特别是，我们能够确定由于热点形成的随机性和由于光子检测位置沿纳米线的长度的变化的抖动的值。我们比较了在1.5 K和4.5 K温度下测量的分析结果。
2019-01-18 physics.app-ph physics.ins-det
Development of superfluid helium-3 bolometry using nanowire resonators with SQUID readout for the QUEST-DMC experiment
本研究开发了使用微米及亚微米级振动线谐振器和SQUID读出的超流氦-3测辐射热计，通过符合测量与频率复用验证了其性能，为未来低阈值暗物质直接探测奠定了基础。
2025-08-14 hep-ex physics.ins-det
Development of an Array of Kinetic Inductance Magnetometers (KIMs)
我们描述了一种低温磁强计的优化，该磁强计使用超导纳米线中的非线性动力学电感作为敏感元件，而不是超导量子干涉器件（SQUID）。该电路设计由两个纳米线并联的环形几何结构组成，用作集总LC谐振器的电感部分，类似于动态电感检测器（KID）。该器件利用KID的多路复用能力，实现固有频率多路复用读出。动态电感磁力计（KIM）通过电感回路使用直流磁通量进行偏置。扰动信号将引起通过回路的通量变化，并且因此引起感应电流的变化，这改变了纳米线的动力学电感，从而引起KIM的谐振频率偏移。该技术在天体物理学、材料科学和医学领域中具有应用，用于读出金属磁量热计（MMC）、轴子检测和脑磁图（MEG）。
2021-01-28 physics.ins-det
Controlling the recovery time of the superconducting nanowire single-photon detector with a voltage-controlled cryogenic tunable resistor
本文提出采用兼容低温环境的压控可调电阻优化 SNSPD 读出阻抗，将最大探测率和高通量效率提升逾2倍，实现120 Mcps且无内部效率损失。
2025-10-21 physics.ins-det
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
Development of a PCI Express Based Readout Electronics for the XPAD3 X-Ray Photon Counting Image
XPAD 3是一款大表面X射线光子计数成像仪，具有高计数率、大计数器动态特性和非常快的数据读取速度。数据通过PCI Express接口使用DMA传输并行读出。包括0.5 MPixel的完整检测器的读出帧速率相当于每秒500个图像而没有死区时间。
2011-03-21 physics.ins-det
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
Geometrical jitter and bolometric regime in photon detection by straight superconducting nanowire
我们提出了一个直接观察的几何抖动的单光子探测的直线超导纳米线。采用与超导纳米线单光子探测器（SNSPD）技术类似的差分测量技术，对180 μm长的纳米线进行了测量。非高斯几何抖动表现为纳米线响应于检测到的光子的延迟时间（等待时间）的宽的几乎均匀的概率分布（直方图）。读出电子器件的白电噪声导致直方图的加宽的高斯形边缘。减去噪声贡献，我们发现几何抖动的标准偏差为8.5 ps，分布的半峰全宽（FWHM）为29 ps。FWHM对应于电信号沿纳米线的传播速度为$6.2\times10^{6}$ m/s或光速的0.02。可替代地，从所测量的纳米线的一阶自谐振的中心频率估计传播速度。这两个值彼此吻合良好，并与以前报道的值。随着入射光子通量强度的增加，宽的概率分布坍缩成窄得多的高斯分布，其标准偏差由电子噪声控制。我们将直方图的崩溃与从离散的单光子探测到均匀的测辐射热状态的过渡联系起来
2019-02-20 physics.ins-det
Superconducting nanowire detector jitters limited by detector geometry
探测抖动量化了探测器在确定光子到达时间时引入的方差。它是使用超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的系统的关键性能参数。在这项工作中，我们已经证明，检测定时抖动是有限的，部分由光子探测事件沿导线长度的空间变化。这种分布导致所产生的电脉冲在不同的时间到达读出器。我们将这种抖动源定义为几何抖动，因为它与SNSPD的长度和面积有关。为了表征几何抖动，我们已经构建了一种新的差分低温读出小于7 ps的电子抖动，可以放大从SNSPD的两端产生的脉冲。通过测量两个电脉冲的到达时间的差异，我们能够部分抵消传播时间的差异，从而降低光子到达时间的不确定性。我们的实验数据表明，对于3 μm × 3 μm的器件，差分传输时间的变化只有几ps，而对于20 μm × 20 μm的器件，差分传输时间的变化可达50 ps。在一个20 μm × 20 μm的大SNSPD中，我们通过使用差分低温读出，实现了在检测电信波长光子的总体检测定时抖动减少20%。几何抖动假说通过研究由用于感测光子的具有1 μ m长的狭窄区域的长导线组成的器件中的抖动而得到进一步证实。
2016-07-22 cond-mat.supr-con physics.ins-det
A four-pixel single-photon pulse-position camera fabricated from WSi superconducting nanowire single-photon detectors
我们展示了一个可扩展的读出方案的红外单光子脉冲位置相机组成的WSi超导纳米线单光子探测器（SNSPD）。对于NXN阵列，仅需要2XN导线来获得检测事件的位置。作为原理证明，我们展示了一个2 x 2数组的结果。
2013-11-14 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Niobium superconducting nanowire single-photon detectors
我们研究了由超薄Nb制成的超导纳米线光子探测器的性能。直接比较这些探测器和类似的纳米线探测器制造的NbN。我们发现，Nb探测器是显着更容易受到比NbN的热不稳定性（闭锁）在高偏压。我们表明，可以通过降低读出的输入电阻来稳定器件。以这种方式优化的Nb探测器被示出为具有相同几何形状的类似的大有效面积NbN探测器的复位时间的约2/3，对于470 nm处的单光子具有约6%的探测效率。
2009-01-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det
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
16-Element Superconducting Nanowire Single-Photon Detector for Gigahertz Counting at 1550-nm
我们提出了一个线性阵列，16个元素，超导纳米线单光子探测器与83.4 $\%$系统检测效率在1550 nm和9.6 ns的平均每个元素的死时间，使计数在1千兆计数每秒与$>50\%$系统检测效率。该装置是在现有的可扩展的商业过程中设计和制造的。
2021-03-25 physics.ins-det quant-ph
Kinetic-inductance-limited reset time of superconducting nanowire photon counters
我们研究了在1550 nm波长的光脉冲检测后超导NbN纳米线光子计数器的恢复，并提出了一个模型，定量占我们的观察。复位时间被发现是有限的这些纳米线，这迫使计数率和检测效率或有效面积之间的权衡大的动力学电感。可用的大小和高检测效率的设备被发现具有复位时间的数量级长于其固有的光响应时间。
2005-10-26 physics.ins-det physics.optics
Simultaneous scintillation light and charge readout of a pure argon filled Spherical Proportional Counter
在R2D2研究与发展计划中，研究了球形正比计数器用于寻找无中微子双β衰变的可能性。双电荷和闪烁光读出可以改善检测器性能。使用6 × 6 mm2硅光电倍增器，在1.1巴下用纯氩气进行测试。首次在球形正比计数器中采用闪烁光触发。测量的漂移时间与模拟的预期非常一致。此外，在雪崩发展过程中发出的光信号表现出可以用于事件表征的功能。
2022-01-29 physics.ins-det
Scintillator counters with multi-pixel avalanche photodiode readout for the ND280 detector of the T2K experiment
东海-神冈（T2 K）实验是第二代长基线中微子振荡实验，旨在灵敏地探测nu_e现象。T2 K近距离探测器位于280米的目标的主要设计特点。本文介绍了为T2 K近探测器研制的闪烁体计数器。计数器的读出通过嵌入闪烁体中的S形凹槽中的WLS光纤提供，并且通过在有限盖革模式下操作的多像素雪崩光电二极管从两端观察。本文介绍了灵敏面积为1.1平方毫米的光敏元件的结构、工作原理和测试结果。闪烁体探测器的时间分辨率为1.5ns，空间分辨率为9.9- 12.4cm，MIP探测效率大于99%。
2006-06-05 physics.ins-det
Active Quenching of Superconducting Nanowire Single Photon Detectors
超导纳米线单光子探测器通常使用恒流源进行偏置，并以比探测器的峰值正常畴电导大一个数量级的电导进行分流。虽然需要这种设计选择来确保正常域的猝灭，但使用小负载电阻会限制检测器的脉冲幅度、上升沿压摆率和恢复时间。在这里，我们探讨了主动淬火正常域的可能性，从而消除了需要分流检测器在一个小电阻。我们首先考虑的理论性能的主动淬火超导纳米线单光子探测器，并在被动淬火设备相比，我们预测大致一个数量级的改善在这种配置中实现的转换速率和峰值电压。比较了主动和被动淬灭超导纳米线单光子探测器的实验性能。结果表明，相比被动淬火设备，主动淬火探测器同时表现出改善的计数率，暗计数率，和定时抖动。
2019-11-27 physics.ins-det
Position Sensitive Response of a Single-Pixel Large-Area SNSPD
超导纳米线单光子探测器（SNSPD）通常用作单模光纤耦合单像素探测器，但大面积探测器对于从显微镜到自由空间量子通信的应用越来越重要。在这里，我们探讨的变化，读出脉冲的上升沿为大面积SNSPD的偏置电流，检测器上的光斑大小，和每个脉冲的光子数的函数。我们观察到一个双峰分布的上升时间，并表明，一个缓慢的上升时间的概率增加的限制，大的斑点尺寸和小的光子数。在低偏置电流的限制下，暗计数读出脉冲与组合的大光斑尺寸和小光子数亮计数读出脉冲最相似。这些结果是一致的一个简单的模型，由单光子入射在不同的位置沿纳米线的长度激发的行进微波模式。
2020-05-29 physics.app-ph physics.ins-det quant-ph
Compact microwave kinetic inductance nanowire galvanometer for cryogenic detectors at 4.2 K
我们提出了一个紧凑的电流传感器的基础上超导微波集总元件谐振器与纳米线动态电感，工作在4.2 K。该传感器适用于在GHz范围内的大格式阵列的低温探测器的多路复用读出。该装置由一个集总元件谐振电路组成，由单一的4纳米厚的氮化铌超导层制成。因此，与现有技术的方法相比，制造和操作显著简化。由于谐振电路电感耦合到馈电线，所以可以直接注入待测量的电流，而不需要阻抗匹配电路，从而降低了系统的复杂性。使用概念验证器件，我们在10 kHz下测得的电流本底噪声δImin为10 pA/Hz 1/2。此外，我们证明了我们的传感器的能力，以放大脉冲响应的超导纳米线单光子探测器使用GHz范围的载波有效的频分复用。
2017-09-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det
IR- and visible- light single photon detection in superconducting $MgB_{2}$ nanowires
基于低Tc材料的最先进的超导纳米线单光子探测器达到100%的量子效率。然而，响应时间限于>1-10 ns。最近，已经表明，由于低得多的动力学电感，在120 μ m长的$MgB_{2}$纳米线中可以实现100 ps的响应速率。在这项工作中，我们实验证明，这样的$MgB_{2}$纳米线的功能作为单光子探测器的可见光（$λ$ = 630 nm）和红外（$λ$ = 1550 nm）光子时，偏置接近临界电流，与暗计数率<10 cps。对于类似的纳米线长度，$MgB_{2}$光电探测器在速度上超过NbN SNSPD至少一个数量级。这种光电探测器为单光子探测器提供了一个平台，该探测器具有大探测器面积和高达10 GHz的响应率与单个读出线的长期组合。
2020-10-08 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.ins-det
Operation of Multi-Pixel Radio-Frequency Superconducting Nanowire Single-Photon Detector Arrays
射频超导纳米线单光子探测器（RF-SNSPD）的概念允许多个SNSPD的偏置和读出线的频分复用（FDM）。使用这种方法，多像素阵列可以仅由一条馈线操作。因此，系统复杂性以及热负荷显著降低。为了将许多像素分配到小带宽中，每个设备的品质因数是至关重要的。在本文中，我们提出了一种改进的RF-SNSPD的设计。这种新的设计使得能够简单地调谐品质因数以及谐振频率。利用一个双像素器件，我们已经证明了探测器之间没有串扰的操作，并显示了时间，空间和光子数分辨率。因此，单个像素仅需要14 MHz的带宽。
2016-12-07 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Local thermal fluctuations in current-carrying superconducting nanowires
我们分析了不同类型的内部电子能量的波动对直载流超导纳米线的暗速率和光子计数的影响。暗计数出现由于热波动的统计独立的细胞的有效尺寸的顺序的相干长度;每个计数对应于一个逃逸的平衡态通过一个适当的鞍点。对于光子计数，在检测效率的光谱中的确定性截止的光谱增宽可以通过具有与暗计数相同的有效体积的单元内的电子能量的局部热波动来现象性地解释。
2020-10-20 cond-mat.supr-con physics.ins-det
A countermeasure against bright-light attack on superconducting nanowire single-photon detector in quantum key distribution
提出了一种用于超导纳米线单光子探测器的主动防闩锁系统。我们实验测试它对强光攻击，以前用于妥协的安全性的量子密钥分发。虽然我们的系统检测连续致盲，检测器被证明是部分致盲和控制的特别定制的序列的明亮的脉冲。提出了改进措施。
2019-09-16 physics.app-ph physics.ins-det 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
A photon counting reconstructive spectrometer combining metasurfaces and superconducting nanowire single-photon detectors
微光光谱学在荧光光谱学、激光雷达和天文观测等方面有着重要的应用。但由于测量时间长，限制了其在实时测量中的应用。本文提出了一种结合超颖表面和超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的光子计数重建光谱仪。在绝缘体上硅（SOI）衬底上制作了一个原型器件，并对其性能进行了表征。实验结果表明，在1500 nm ~ 1600 nm波长范围内，该装置可实现单色光的光谱重建，分辨率为2 nm。该器件在该波长范围内的探测效率为1.4% ~ 3.2%。实验研究了该光子计数重建光谱仪所需的测量时间，表明其在需要实时测量的场景中具有应用潜力。
2022-07-19 physics.ins-det physics.optics
Long-term operation of a multi-channel cosmic muon system based on scintillation counters with MRS APD light readout
宇宙射线测试设施（CRTF）是第一个大规模实施的闪烁触发系统的基础上，一个新的闪烁技术称为START。在START中，闪烁光由WLS光纤收集和传输，而光检测由具有在盖革模式（MRS APD）下操作的金属-电阻器-半导体结构的雪崩光电二极管对执行。START提供100%的宇宙μ子探测效率，而其固有噪声水平小于10^{-2} Hz。CRTF由160个START通道组成，已经由ALICE TOF协作组连续运行了25000多个小时，并表现出高度的稳定性。在此期间，必须更换的MRS APD不到10%。
2008-09-19 physics.ins-det
Development of a Parallel-Plate Avalanche Counter with Optical Readout (O-PPAC)
我们描述了一种新的气体探测器的概念，用于重离子跟踪和成像：光学雪崩计数器（O-PPAC）。该检测器由两个薄的平行板电极组成，电极之间有一个小的（通常为3 mm）间隙，间隙中填充有低压制冷气体（即CF 4）。撞击颗粒的定位是通过记录二次闪烁来实现的，二次闪烁是在气体间隙内的雪崩过程中产生的，具有专用的位置敏感的光学读出器。后者可以包括围绕PPAC有效区域的准直光传感器（例如SiPM）的阵列。我们提出了一个系统的蒙特卡罗模拟研究用于优化的OPPAC组件的几何形状，包括SiPM的有效面积，准直器的尺寸，和操作条件。发现10 × 10 cm ^2 OPPAC探测器的最佳设计包括四个阵列，每个阵列总共计数15-20个单独的光传感器。该配置提供了具有低于1 mm的分辨率和良好的响应均匀性的定位能力。一项实验研究成功地证明了O-PPAC原型的原理阶段的证明，该原型配备了10个光传感器的单个阵列，间隔为6 mm。原型的性能用LED灯，在10-，12-C束照射下，并与低强度241-Am α粒子源进行了研究。与原型获得的实验数据进行比较，通过系统的蒙特卡罗模拟获得的结果。
2018-08-17 physics.ins-det
Dark counts of superconducting nanowire single-photon detector under illumination
超导纳米线单光子探测器（SNSPD）在偏置电流（Ib）接近开关电流（Isw）的情况下，探测器的探测效率会出现异常的增加.通过引入时间相关单光子计数技术，我们研究了光照下SNSPD探测计数的时间直方图。时间信息帮助我们在时域中区分光子计数和暗计数。以这种方式，可以确定照明下的暗计数率（DCR）和精确的亮度。在中等照明下的DCR可能显著大于在高Ib下没有照明下测量的常规DCR，这导致了在λ中的异常增加。增加的DCR可以通过在光照下抑制Isw来解释。
2015-04-18 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Demonstration of a Thermally-Coupled Row-Column SNSPD Imaging Array
虽然单像素超导纳米线单光子探测器（SNSPD）已经证明了从UV到近IR的显着效率和时序性能，但将这些设备扩展到大型成像阵列仍然具有挑战性。在这里，我们提出了一个新的SNSPD复用系统，使用热耦合和检测阵列的两个光敏层之间的相关性。使用这种架构与一层的通道在行中取向和列中的第二层，我们展示了在16像素阵列的成像能力，在几个光子的水平上具有准确的斑点跟踪。我们还探讨了性能的权衡取向的顶层纳米线平行和垂直于底层。热耦合的行-列方案能够容易地利用现有的读出系统缩放到千像素大小，并且当与其他多路复用架构组合时，具有实现百万像素规模SNSPD成像阵列的潜力。
2020-02-25 physics.ins-det
Low-noise single-photon counting superconducting nanowire detectors at infrared wavelengths up to 29 $μ$m
本研究将超导纳米线单光子探测器光谱范围扩展至29微米，实现10-29微米饱和探测效率与低暗计数，为长红外波段提供低噪声高时间分辨率单光子计数新方案，助力系外行星光谱、暗物质探测等应用。
2023-08-29 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Superconducting nanowire single-photon detector with integrated impedance-matching taper
超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的常规读出将输出电压的上限设置为偏置电流和负载阻抗的乘积$I_\mathrm{B}\times Z_\mathrm{load}$，其中$Z_\mathrm{load}$在标准射频中限于50 $Ω$。electronics.在这里，我们打破了这个限制，接口的50 $Ω$负载和SNSPD使用集成的超导传输线锥。锥形是一个Transformer，可有效地为SNSPD加载高阻抗，而不会出现闩锁。它增加了检波器输出的幅度，同时保持快速上升沿。使用具有500 nm的起始宽度的锥形，我们实验观察到3.6 $\times$更高的脉冲幅度，3.7 $\times$更快的转换速率，和25.1 ps更小的定时抖动。结果匹配我们的数值模拟，它结合了热点动态SNSPD和传输线锥度的分布性质。这里研究的锥度可能成为一个有用的工具，接口高阻抗超导纳米线器件到传统的低阻抗电路。
2018-11-09 physics.app-ph physics.ins-det
Superconducting nanowire single-photon detector with ultralow dark count rate using cold optical filters
我们报道了一种具有超低暗计数率的超导纳米线单光子探测器（SSPD或SNSPD）的制作。通过在SSPD的输入端引入光学带通滤波器并在3 K下冷却滤波器，在低偏压下暗计数率降低到小于1/100。在1550 nm波长下，暗计数率为0.1cps，系统探测效率为5.6%。我们表明，量子密钥分发（QKD）超过300公里的光纤是可能的数值计算的基础上，假设差分相移QKD协议与我们的SSPD实现。
2013-07-03 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Automatic optimisation of a Parallel-Plate Avalanche Counter with Optical Readout
提出一种基于可微编程与自动微分的自动优化程序，用于优化重离子追踪探测器带光学读出的平行板雪崩计数器的运行参数，通过构建使目标函数最小化的优化循环来建模5.5 MeV alpha粒子位置重建，提升了性能并展示了该技术在探测器设计中的潜力。
2025-03-04 nucl-ex physics.ins-det
Second Generation Readout For Large Format Photon Counting Microwave Kinetic Inductance Detectors
我们提出了第二代数字读出系统的光子计数微波动力学电感探测器（MKID）阵列工作在光学和近红外波段的发展。我们的系统保留了第一代系统的大部分核心信号处理架构，但具有更高的带宽，能够读出千像素MKID阵列。每组读出板能够读出1024个MKID像素复用超过2 GHz的带宽;两个这样的单元可以并行放置，读出一个完整的2048像素微波馈线超过4 - 8 GHz的频带。在第一代读出，我们的系统是能够识别，分析和记录光子探测事件的实时时间分辨率的顺序为几微秒。在这里，我们描述了硬件和固件，并提出了系统的噪声特性的分析。我们还提出了一种新的算法，有效地抑制IQ混频器边带低于-30 dBc。
2020-11-12 astro-ph.IM physics.ins-det
Investigations of afterpulsing and detection efficiency recovery in superconducting nanowire single-photon detectors
我们报告的观察超导纳米线单光子探测器（SNSPD）中的非均匀暗计数率，特别是专注于后脉冲效应时，SNSPD是在高偏置电流制度。后脉冲存在于真实探测事件（由输入光子触发）以及暗计数（无激光输入）。在我们的标准设置中，对于真实计数和暗计数，后脉冲最有可能发生在检测事件之后的约180 ns处。我们表征的afterpulsing行为，并推测这是不是由于SNSPD本身，而是放大器用于提高电输出信号从SNSPD。我们表明，后脉冲确实消失时，我们使用不同的放大器具有更好的低频响应。我们还研究了由于暂时扰动的偏置和接地条件的SNSPD的恢复过程中的检测效率的短暂增强。
2013-06-17 physics.ins-det quant-ph
Time resolution of time-of-flight detector based on multiple scintillation counters readout by SiPMs
目前正在为MEG II实验研制一种测量~50 MeV/c正电子的新的定时探测器，目标是达到时间分辨率$σ_t \sim 30~\mathrm{ps}$。该分辨率预期通过用硅光电倍增器读出的塑料闪烁体制成的多个计数器测量每个正电子时间来实现。本工作的目的是演示使用原型计数器的~50 MeV/c正电子的时间分辨率。由6个SiPM（每个$40\times 5~\mathrm{mm}^2$平面上3个）读出的尺寸为$90\times 40\times 5~\mathrm{mm}^3$的计数器用来自Hamamatsu Photonics和AdvanSiD的SiPM构建，并在DA $Φ$ NE Beam Test Facility的正电子束中进行测试。发现时间分辨率几乎随着计数器命中次数的平方根而提高。用八个计数器和Hamamatsu SiPM获得了时间分辨率$σ_t=26.2\pm1.3~\mathrm{ps}$。这些结果表明，MEG II实验中可以实现设计分辨率。
2016-05-20 hep-ex physics.ins-det
Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors for Quantum Information
超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是一种基于单光子对库珀对断裂效应的量子极限超导光探测器，与同类探测器相比，具有更高的探测效率、更低的暗计数率、更高的计数率和更低的定时抖动。SNSPD在量子信息处理中有着广泛的应用，包括量子密钥分发和光量子计算。本文综述了量子信息对单光子探测器的要求，以及SNSPD的原理、关键指标、最新性能问题和其他相关问题。SNSPD在量子信息方面的代表性应用也将被涵盖。
2020-05-31 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Ultimate low system dark count rate for superconducting nanowire single-photon detector
暗计数率（DCR）是单光子探测器的一个关键参数。通过引入安装在光纤到光纤的光学工作台上的体光学带通滤波器，该光纤到光纤的光学工作台在3K下冷却并阻挡到5微米，我们将超导纳米线单光子探测器的DCR抑制了三个数量级以上。DCR受到通过20 nm带宽的信号通带的黑体辐射的限制。品质因数、系统检测效率和DCR分别为2.7 x 10^11、2.3%和0.001 Hz。将带宽缩窄至100 GHz时，DCR将被抑制至0.0001 Hz，品质因数将增加至1.8 x 10^12。
2015-07-07 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Development of High Precision Timing Counter Based on Plastic Scintillator with SiPM Readout
基于塑料闪烁体和硅光电倍增器（SiPM）读出的高时间分辨计数器已被研制成功，用于高能物理实验中需要较大尺寸计数器的场合。我们已经研究了计数器的尺寸达到$120\times40\times5$ mm^3与串联多个SiPM，以增加敏感区域，从而实现更好的时间分辨率。模拟整形和数字波形分析的读出方案进行了优化，以实现最高的时间分辨率。定时性能测量使用电子从Sr-90放射源，比较不同的闪烁器，计数器尺寸，和类型的近紫外敏感SiPM。结果，对于计数器尺寸为$60\times 30 \times 5$ mm^3且闪烁体两端各有三个SiPM（每个$3\times3$ mm^2）的情况，在1 MeV能量沉积下获得$σ=42 \pm 2$ ps的分辨率。时间分辨率随着SiPM检测到的光子数而提高。来自Hamamatsu Photonics的SiPM提供了最佳的时间分辨率，因为它们在近紫外区域具有高光子探测效率。通过增加附着到闪烁体的SiPM的数量，可以进一步改进。
2014-08-11 hep-ex physics.ins-det
Gated Mode Superconducting Nanowire Single Photon Detectors
单光子探测器（SPD）是量子光学和量子信息的基础。超导纳米线SPD（SNSPD）[1]在量子效率（QE）、暗计数率（DCR）和定时抖动[2]方面提供高性能，但是当作为自由运行模式（FM）检测器操作时具有有限的最大计数率（MCR）[3，4]。然而，许多应用需要高计数率，如量子计算[5]和通信[6]以及激光测距[7]。在这里，我们报告的第一个操作SNSPD的门控模式（GM），利用单光子触发的闭锁现象来检测光子。我们演示了一个大的有效面积单元素GM-SNSPD在625 MHz，一个数量级的速度比FM对应的操作。与FM-SNSPD相反，GM中的MCR可以被推到GHz范围，而不会影响有效面积或QE，同时降低DCR。
2011-11-02 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Quantum detector tomography of a 2x2 multi-pixel array of superconducting nanowire single photon detectors
我们展示了一个商业的超导纳米线单光子探测器的2x2阵列的量子探测器断层扫描。我们表明，探测器的具体数字的优点，包括效率，暗计数和串扰的概率可以直接提取，而不求助于底层的探测器物理。这些品质因数直接从设备的重构正算子值测量（POVM）的仅仅四个元素中识别。我们表明，探测器断层扫描提取的效率和暗计数概率的值显示出良好的协议与这些数量的独立测量，我们提供了一个直观的操作定义串扰概率。最后，我们表明，重建所需的参数必须仔细选择，以避免过度平滑的数据。
2020-07-31 physics.ins-det quant-ph
Unveiling the detection dynamics of semiconductor nanowire photodetectors by terahertz near-field nanoscopy
半导体纳米线场效应晶体管由于其传输特性的强非线性以及其低噪声等效功率（< 1 nW/Hz $^{1/2}$）和高响应度（> 100 V/W）的显著组合而代表了用于开发室温（RT）太赫兹（THz）频率光探测器的有前途的平台。纳米工程的NW光电探测器相结合的高灵敏度与高速度（亚纳秒）在太赫兹制度在RT是非常可取的许多前沿应用在量子光学和纳米光子学，但这需要一个清晰的理解的起源的光响应。然而，由于允许同时激活不同过程的固有设备不对称性，传统的电学和光学测量不能明确地确定主导检测机制。在这里，我们创新地捕捉快照的光响应的个人InAs纳米线通过高空间分辨率（35 nm）太赫兹光电流纳米显微镜。通过将太赫兹量子级联激光器耦合到散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）并监测电学和光学读数，我们同时测量传输和散射特性。空间分辨的电响应提供了明确的签名的光热电或测辐射热电流的相互作用进行了讨论，作为光子密度和材料掺杂的函数，因此提供了一种途径，工程师的光响应设计。
2020-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Photon counting with photon number resolution through superconducting nanowires coupled to a multi-channel TDC in FPGA
本文介绍了一种系统，用于测量光子统计和光子定时在少光子制度下降到单光子水平。该测量系统是基于超导纳米线单光子探测器和时间数字转换器实现到一个可编程的设备。这些设备的组合在分辨率和对实际实验条件的适应性方面为系统提供了高性能。作为应用的例子，我们给出了相干态光子统计的测量。在这个测量中，我们利用八阶单光子关联来高保真地重建平均光子数高达4的相干态的统计。该处理是通过一个时间数字转换器（TDC）架构，还托管一个异步相关数字计数器（ACDC）在现场可编程门阵列（FPGA）设备中实现，并专门设计用于多通道使用的性能优化的手段。
2018-04-03 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Stable, high-performance operation of a fiber-coupled superconducting nanowire avalanche photon detector
提出了一种稳定、高性能的光纤耦合NbTiN超导纳米线雪崩光子探测器（SNAP）。我们演示了无后脉冲操作串联连接的两个SNAP（SC-2SNAP），即使在没有扼流圈电感器，实现了比标准SSPD快7.7倍的响应速度。SC-2SNAP器件在2.3K下工作时，系统探测效率达到81.0%，具有较宽的偏置电流裕度，暗计数率为6.8counts/s，半峰全宽定时抖动为68 ps。
2017-01-25 cond-mat.supr-con physics.ins-det 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
Cryogenic readout for multiple VUV4 Multi-Pixel Photon Counters in liquid xenon
我们提出了一个阵列的性能和表征的S13370- 3050 CN（VUV 4代）多像素光子计数器由滨松制造，并配备了一个低功耗的工作在液体氙温度（~ 175 K）的光子计数器。电子设计用于读出最大尺寸为8 x 8的单个光电传感器的矩阵，并且它基于单个运算放大器。本文介绍的检波器原型采用ADI公司的电流反馈运算放大器AD 8011，但也可根据应用使用其他型号。为了使工作在不同电压下的光电传感器的增益均衡，设计了一种偏置校正电路。结果表明，单光子探测能力，使该设备的未来一代的大规模暗物质探测器的基础上液体氙，如达尔文的一个有前途的选择。
2017-12-28 hep-ex physics.ins-det
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
A SiPM photon-counting readout system for Ultra-Fast Astronomy
很少有工作已经做了搜索在毫秒到纳秒制度的天体物理瞬态光发射具有显着的灵敏度。我们称之为“超快天文学”，或UFA。为了在尽可能短的时间尺度上调查瞬态，我们开发了我们自己定制的读出系统的硅光电倍增器（SiPM）为基础的UFA相机，用于传统的天文望远镜。SiPM，可在阵列封装成像领域，能够在可见光波长范围内的时间标记的单光子检测。我们的读出系统由16个通道的14位数据记录。每个通道包括一个50 dB增益前置放大器、信号整形电路、模拟前端、模数转换器和一个用于数据记录的Xilinx UltraScale+现场可编程门阵列多用途片上系统（FPGA-MPSoC）板。我们表明，我们的系统成功地读出的数据从SiPM在16 ns的时间间隔，每通道的最大功耗为300 mW，并能够执行并发16通道读出。
2022-03-29 astro-ph.IM physics.ins-det
High performance fiber-coupled NbTiN superconducting nanowire single photon detectors with Gifford-McMahon cryocooler
我们提出了高性能的光纤耦合铌钛氮化物超导纳米线单光子探测器制作在热氧化硅衬底。最好的设备显示了74%的系统检测效率（DE），暗计数率为100 c/s，和半高宽的定时抖动为68 ps的偏置电流为18.0 uA下，与实际的Gifford-McMahon制冷机系统。我们还将六个探测器引入到制冷机中，并证实在100 c/s的暗计数率下，所有探测器的系统DE均高于67%。
2013-04-11 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Performance investigations of two channel readout configurations on the cross-strip cadmium zinc telluride detector
如果探测器的读出通道大于ASIC通道，则需要多个专用集成电路（ASIC）用于探测器。对于具有这种读出方案的系统，需要在ASIC之间配置通道以实现最低的电子噪声和最高的计数率。在这项工作中，进行了实验，以研究两个ASIC之间的交叉带碲锌镉探测器的两种不同的读出配置的性能。与将每个ASIC通道分配给交替阳极通道相比，发现阳极电极条的电子噪声水平更低，FWHM能量分辨率性能更好，计数率更高，其中每个ASIC分配一半的检测器面积。
2023-03-24 hep-ex physics.ins-det
Probabilistic vortex crossing criterion for superconducting nanowire single-photon detectors
超导纳米线单光子探测器已成为一种很有前途的量子精密测量技术，从中红外到紫外频率。尽管最近的实验成功，预测模型来描述这些检测器中的检测事件是需要优化的检测指标。在这里，我们提出了一个基于单涡旋（通量量子）穿越纳米线宽度的单光子探测的概率准则。我们的模型使得暗计数和光子计数之间的检测阈值附近的连接。的有限差分计算表明，在偏置电流分布的变化，作为一个结果的光子吸收显着增加的概率单涡交叉，即使涡流势垒没有完全消失。我们估计仪器的响应函数，并表明，这个涡流隧穿过程的定时不确定性对应于一个基本的限制，在定时抖动的点击事件。我们证明了这种内在的（量子）定时抖动，量子效率，和暗计数率在TaN，WSi，和NbN超导纳米线在不同的实验条件下的贸易空间。我们的检测模型也可以解释SNSPD在较低能量下量子效率指数下降的实验观察。这导致了量子效率的脉冲宽度依赖性，并且它可以进一步用作实验测试来比较不同的检测模型。
2020-03-31 cond-mat.supr-con physics.ins-det
