Characterization of Electro-Optical Devices with Low Jitter Single Photon Detectors -- Towards an Optical Sampling Oscilloscope Beyond 100 GHz
我们展示了一个光学随机采样范围，利用单光子计数和应用它来表征光收发器。我们研究单光子探测器的抖动下降到40 ps。该方法可以扩展到100 GHz以上。
2018-10-12 physics.ins-det
Enhanced electron-beam lithography to reduce the frequency scatter of 200-400 GHz superconducting microstrip resonators for on-chip filterbank spectrometers
Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）；SRON — Space Research Organisation Netherlands（荷兰空间研究所）；Universität zu Köln（科隆大学）
通过优化电子束光刻，将超导微带谐振器的频率间隔精度提高四倍，发现减小束斑步长可降低随机频率散射，避免主场拼接可消除系统频率偏移，为实现更高光谱分辨率的下代集成超导光谱仪奠定基础。
2026-09-14 astro-ph.IM physics.ins-det
An ultra-fast superconducting Nb nanowire single-photon detector for soft X-rays
虽然超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的红外/光学光子和keV-分子的检测进行了很好的研究，没有研究的连续X射线光子计数厚膜探测器已报道到目前为止。我们制作了一个100 nm厚的铌X射线SNSPD（一个X-SNSPD），并研究了其在连续模式下对keV能量光子的探测能力。该探测器即使在0.4%的偏置电流下也能够探测光子，这与光学薄膜SNSPD形成鲜明对比。在延长的测量期内未记录暗计数。引人注目的是，信号幅度分布显著依赖于光子能量谱。
2012-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Superconducting transition detector in power amplification mode: a tool for cryogenic multiplexing
我们证明了超导跃迁探测器可以获得可观的功率增益。我们从理论上描述了探测器作为功率放大器的特性。在我们的第一次实验中，功率增益达到23，与理论吻合得很好。在时分复用的情况下，增益促进读出电路与检测器的噪声匹配。
2008-06-17 cond-mat.supr-con physics.ins-det
A kinetic inductance detectors array design for high background conditions at 150 GHz
我们提出了一种设计的动态电感探测器（KIDS）的阵列集成相控阵天线在150 GHz的高背景条件下成像。微带几何结构的KID探测器被投影到实现光子噪声限制的灵敏度大于100 pW的吸收光功率。微带KID和天线馈电网络都使用低损耗非晶硅电介质。天线实现的一个新方面是使用NbTiN微带馈电网络来促进与50欧姆天线的阻抗匹配。该阵列在6英寸晶片上具有256个像素，并且每个像素具有两个偏振和两个Al KID。KID设计为半波长微带传输线，两端带有平行板电容。谐振频率范围为400至800 MHz。读出馈线也以微带实现，并且在其输入和输出处具有从50欧姆到9欧姆的阻抗Transformer。
2022-05-25 astro-ph.IM physics.ins-det
Design and Testing of Superconducting Microwave Passive Components for Quantum Information Processing
我们报告的设计，制造和测试两个超导无源微波组件，正交混合和20分贝定向耦合器。这些组件被设计成与超导量子比特或约瑟夫森参量放大器集成，并用于量子信息处理应用。对于耦合器，我们测量回波损耗和隔离度> 20 dB，插入损耗< 0.3 dB，在2 GHz频段约6 GHz。对于混合性能，我们在6.5 GHz左右的10%频带内测量到隔离度> 20 dB，插入损耗< 0.3 dB。这些值在我们应用的设计规格范围内;然而，我们发现混合电路的设计和测量中心频率之间存在7%的差异。
2010-10-15 physics.ins-det quant-ph
Cryogenic Microwave Filter Cavity with a Tunability Greater than 5 GHz
微波谐振腔的广泛应用，如超导量子比特的测量和控制，磁振子谐振器和相位噪声滤波器，将通过具有高度可调谐的微波谐振得到很好的服务。通常，这种可调谐性是在低温下原位期望的，其中人们可以利用超导腔。到目前为止，这种低温调谐同时保持高品质因数已被限制在$\sim500$ MHz。在这里，我们展示了一个三维超导微波腔，共享一个壁与加压体积的氦。在氦气室加压时，微波腔体变形，这导致其谐振频率原位调谐超过5GHz，大于原始8GHz谐振频率的60%。腔的品质因数在整个调谐范围内保持近似恒定在$\approx7\times 10^{3}$。作为其实用性的演示，我们实现了一个可调的低温相位噪声滤波器，它降低了我们的源的相位噪声约10分贝以上400千赫。
2018-10-04 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
On-sky performance of new 90 GHz detectors for the Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS)
本研究介绍了对CLASS阵列90 GHz望远镜焦平面模块的升级设计，以及通过木星观测测得的新型探测器的在轨光学效率，旨在提升光学效率与探测器稳定性。
2023-03-23 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
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
Frequency-Multiplexed bias and readout of a 16-pixel Superconducting Nanowire Single-Photon Detector Array
我们展示了一个16像素阵列的射频超导纳米线单光子探测器与集成和可扩展的频分复用架构，减少了所需的偏置和读出线到一个单一的微波馈线。讨论了嵌入在谐振电路中的光子敏感纳米线的电学行为，以及单个探测器的光学性能和定时抖动。除了单像素测量，我们还演示了16像素阵列的时间，空间和光子数分辨率的操作。
2017-04-28 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Superconducting nanowires as high-rate photon detectors in strong magnetic fields
超导纳米线单光子探测器能够在大的光谱范围内进行单光子探测，具有接近1的探测效率、皮秒定时抖动以及在高达10 $^{9}$计数/s的速率下的低于10 $μ$ m的位置分辨率。为了将这一技术应用于核物理实验，我们采用离子束辅助溅射法制备了氮化铌纳米线探测器，并测试了它们在强磁场中的性能。我们证明，这些设备是能够检测400 nm波长的光子与饱和的内部量子效率在3 K的温度和磁场可能高达5 T的高速率和几乎为零的暗计数。
2019-11-12 astro-ph.IM cond-mat.supr-con hep-ex
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
Superconducting Nanowire Single Photon Detectors On-Fiber
我们提出了一种新的设计超导纳米线单光子探测器（SNSPD）上的单模光纤的核心制作。所提出的设计允许光纤光模式和检测器之间的高度重叠，因此，我们制造的器件可以保持尺寸小，并保持操作速度，而不会牺牲检测效率。详细介绍了光纤上的制作方法，并给出了实验结果。所提出的方法可以利用在未来的其他光纤耦合器件的制造。
2012-11-08 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Superconducting detector of IR single-photons based on thin WSi films
我们发展了4 ~ 9 nm厚的具有高温超导转变温度（Tc~4 K）的WSi薄膜的沉积技术。基于沉积的膜，产生了具有指示性平面尺寸~100 nm的纳米结构，并且研究表明，即使在纳米尺度上，膜也具有高的超导转变的临界温度值（Tc~3.3- 3.7 K），这证明了所产生的膜的高质量和均匀性。第一次实验上创建超导单光子探测器表明，随着偏置电流（Ib）的增加，探测器的探测效率（系统探测效率）达到了一个恒定值~30%（对于1550 nm），由超导结构的红外辐射吸收定义。为了增强超导体的辐射吸收，制造了具有腔结构的探测器，其在偏置电流Ib>=0.6Ic的情况下表现出>65%的量子效率的实际恒定值。最小暗计数水平（DC）使1 s^-1受到背景噪声的限制。因此，WSi是最有前途的材料，用于创建具有记录的DC/DC比和噪声等效功率（NEP）的单光子探测器。
2016-06-30 cond-mat.supr-con 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
Position-Dependent Local Detection Efficiency in a Nanowire Superconducting Single-Photon Detector
本文以10 nm空间分辨率实验探测纳米线超导单光子探测器的局部探测效率，发现其沿横截面强烈变化，并证明该效应可解释NbN探测器效率随器件几何结构变化的现象。
2015-04-20 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
Superconducting detectors for rare event searches in experimental astroparticle physics
超导探测器已成为实验天体粒子物理学的重要工具，旨在提供对宇宙的基本理解。特别是，这种探测器在涉及稀有事件搜索实验的两个具有挑战性的研究领域，即暗物质的直接探测和无中微子双β衰变的搜索中表现出了出色的潜力。在这里，我们回顾了超导探测器，已经和计划被用于这两类实验。我们首先简要介绍了这两个研究领域的历史，并概述了它们在天体粒子物理学中的意义和挑战。然后，我们提出了一个广泛的概述，各种类型的超导探测器，重点是传感器技术和探测器物理，这是基于量热测量和热流在探测器组件。最后，我们介绍了领先的实验，并讨论了他们的未来前景的探测暗物质和寻找中微子双β衰变超导探测器。
2022-03-23 hep-ex physics.ins-det
Particle identification using digital pulse shape discrimination in a nTD silicon detector with a 1 GHz sampling digitizer
在500~ $μ$ m厚的中子嬗变掺杂（nTD）硅探测器上，利用自行研制的基于FPGA的12位分辨率、1GHz采样数字转换器，进行了数字脉冲波形分析的粒子束流测试实验。在低场注入装置中使用nTD Si探测器探测了$\sim$ 5 MeV/A、$^{7}$ Li和$^{12}$ C束与不同靶反应产生的轻重离子。从高带宽电荷电流灵敏前置放大器的数字化电荷输出中获得了脉冲高度、上升时间和电流最大值。在轻重离子的情况下，仅使用数字化电荷输出就实现了良好的同位素分离。该装置可用于涉及库仑势垒能附近的轻重离子的核反应中的带电粒子谱。
2018-04-05 nucl-ex physics.ins-det
A kilopixel array of superconducting nanowire single-photon detectors
我们提出了一个1024单元的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）成像阵列，采用32 × 32的行列复用架构。大阵列对于诸如成像、光谱学或粒子探测的应用是期望的。
2019-08-28 physics.ins-det physics.optics
Feasibility studies for a wireless 60 GHz tracking detector readout
在高能物理实验中，高粒度硅跟踪探测器产生的数据量对读出系统构成了重大挑战。在高碰撞率下，例如在LHC实验中，只有一小部分数据可以用目前使用的技术读出。为了满足未来或升级实验的要求，需要新的数据传输技术，这些技术在低功率和低材料预算下提供高数据速率。在60 GHz频带或更高频率下工作的无线技术提供高数据速率，因此是通过电缆或光纤进行传统数据传输的有前途的替代方案。使用无线技术，探测器中的电缆和连接器数量可以显著减少。跟踪探测器最大的好处是减少了材料预算，因为次级粒子相互作用较少（多次库仑散射，能量损失等）。总体上提高了跟踪性能。我们提出了关于在60 GHz的无线技术集成到硅跟踪探测器的可行性研究。ATLAS实验的备用硅条模块在60 GHz范围内测量为不透明的。研究了降低链路间串扰的方法。最大可实现的链路密度的估计。它示出，无线链路可以放置为接近2厘米彼此相邻的层距离为10厘米，通过利用以下措施中的一个或几个：高度定向天线，吸收器，线性极化和频率通道。结合这些措施，高达11 Tb/（s $\cdot$ m $^2$）的数据速率区域密度似乎是可行的。此外，两种类型的硅传感器在毫米波辐照下进行了测试。未观察到两种原型的性能劣化。
2016-04-21 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
Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors and effect of accumulation and unsteady releases of excess energy in materials
通用容错量子计算机有望彻底改变计算，但目前受到其组成超导量子比特的过度噪声的限制。确定这种过量噪声的主要来源将有助于更清楚地了解如何在未来的超导系统中减轻它。超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是似乎不会受到这种影响的设备，并具有极低的暗计数背景。我们建议使用SNSPD作为低本底实验室来研究超导系统中的噪声积累过程，目的是解释和减轻相关量子信息系统中的噪声。通过这些研究，我们还旨在将SNSPD的敏感波长提高到目前的10微米以上，这将为暗物质探测、生物学、空间科学和量子传感开辟新的领域。
2022-04-05 astro-ph.IM physics.ins-det quant-ph
Highly-Multiplexed Superconducting Detector Readout: Approachable High-Speed FPGA Design
本文介绍了一种高复用超导探测器读出器的设计和初步性能。读出系统在Xilinx ZCU111 RFSoC评估板上实现。目前的设计使用12%的DSP、60%的LUT、20%的FF和30%的BRAM，时序为512 MHz。该系统使用两个集成ADC和DAC，以4.096 GSPS运行，读取2，048个超导探测器。这项工作的目标是每板处理的超导探测器数量增加2倍，功率比以前的读出方案减少80%。该开源设计利用现代FPGA生产力工具，包括Vivado高级合成来创建所有自定义IP块，PYNQ来测试和验证单个IP并开发Python驱动程序，Vivado ML智能设计工具来关闭时序。我们强调实现定时关闭没有自定义HDL的策略，我们希望是有用的超导设备组希望利用FPGA在高性能应用中，没有专门的FPGA设计知识。
2022-03-30 astro-ph.IM cs.ET 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
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
Superconducting Microstrip Losses at Microwave and Sub-millimeter wavelengths
我们提出了一个实验室芯片上的实验，以准确地测量微波和亚毫米波长的超导微带线的损耗。微带是由NbTiN，这是使用反应磁控溅射沉积，和非晶硅，这是使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）沉积。使用工作在$350\ $ GHz附近的片上法布里-珀罗谐振器（FPR）测量亚毫米波损耗。微波损耗测量使用具有相同的几何形状和制造在同一芯片上的分流半波谐振器。我们在$6\ $ GHz和$\tanδ= 2.1\pm 0.1\times10^{-4}$在$350\ $ GHz的$\tanδ=3.7\pm0.5\times10^{-5}$的单光子能量下测量非晶硅的损耗角正切。这些结果代表了沉积物的非常低的损耗，但是亚毫米波损耗明显高于微波损耗，这不能使用标准的两级系统损耗模型来理解。
2021-08-25 physics.ins-det
High-detection efficiency and low-timing jitter with amorphous superconducting nanowire single-photon detectors
非晶材料超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的研究取得了很大的进展，具有优异的性能，对许多研究领域产生了重大影响。尽管SNSPD显示出有史以来最高的系统检测效率（SNR），但非晶材料通常会导致较低的临界电流，这会影响其抖动性能。将非常低的抖动和高抖动相结合仍然是一个挑战。在这里，我们报告了基于非晶MoSi的高效超导纳米线单光子探测器，结合系统抖动低至26 ps和在1550 nm处的80%的反射率。我们还报告了对抖动行为的详细观察，这暗示了固有的限制，并对SNSPD性能产生了实际影响。
2018-02-06 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
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
Quantum detector tomography of a high dynamic-range superconducting nanowire single-photon detector
我们演示和验证量子探测器断层扫描的超导纳米线单光子探测器（SNSPD）的多路复用方案，允许测量高达71000个光子每输入脉冲。我们重建了该器件在低光子数区的正算子值测度（POVM），并使用提取的参数来显示跨越器件整个动态范围的POVM。我们通过寻找亮态的平均光子数来验证这一点。我们的工作表明，一个可靠的量子描述的大规模SNSPD设备是可能的，并应适用于其他复用配置。
2021-04-19 physics.ins-det 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
SOIKID, SOI pixel detector combined with superconducting detector KID
介绍了SOI像素探测器和超导探测器KID（动力学电感探测器）相结合的探测器SOIKID的发展现状。SOIKID的目标是以比半导体探测器更好的分辨率测量X射线光子能量。硅衬底被用作X射线光子吸收体。反冲电子产生无热声子以及电离电子空穴对。形成在衬底表面一侧的KID检测声子以测量沉积的总能量，而形成在衬底另一侧的SOI像素检测器检测电离载流子以测量位置。结合位置和能量测量，原则上可以具有极高的能量分辨率。
2015-07-06 physics.ins-det
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
UV-sensitive superconducting nanowire single photon detectors for integration in an ion trap
我们展示了超导纳米线单光子探测器，在315 nm的波长和3.2 K的工作温度下，系统探测效率为76 +/-4%，在饱和探测效率下，背景计数率低于每秒1个计数。我们建议将这些探测器集成到平面表面电极射频保罗陷阱中，用于捕获离子量子信息处理。我们在3.8 K下操作集成到测试离子阱结构中的检测器，有和没有典型的射频捕获电场。捕获场使系统检测效率降低9%，但不增加背景计数率。
2017-04-10 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
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
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
Lithium-Niobate-on-Insulator Waveguide-Integrated Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors
我们展示了波导集成的超导纳米线单光子探测器的薄膜锂离子（LN）。采用光刻法在125 μ m长的LN波导上形成250 μ m长的NbN超导纳米线，实现了46%的片上探测效率，同时具有高的暗计数率和定时抖动性能.由于LN具有高的二阶非线性\c{hi}（2）和电光特性，在LN薄膜上制备高效的单光子探测器为构建包括单光子源、滤波器、可调谐量子门和探测器的小规模全集成量子光子芯片提供了可能。
2019-12-19 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Superconducting nanowire single-photon detectors: physics and applications
基于超导纳米线的单光子探测器（SSPD或SNSPD）已迅速成为一种非常有前途的红外波长光子计数技术。这些器件具有高效率、低暗计数和出色的时序分辨率。在这篇评论中，我们认为SNSPD的基本工作原理和设备的行为模型。我们给出了SNSPD器件设计的演变和已经实现的性能改进的概述。我们还评估了设备的局限性和噪声机制。本文综述了SNSPD的实际制冷技术和光耦合方案。最后，我们总结了有前途的应用领域，从量子密码学到遥感。我们的目标是捕捉一个新兴的超导探测器技术的成熟门槛的详细快照。
2012-04-25 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
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
A superconducting NbN detector for neutral nanoparticles
我们提出了一个超导单光子探测器（SSPD）在低能量下检测单个中性分子/纳米粒子的原理验证研究。新的检测器应用于表征生物分子的激光解吸源，并且它允许检索包含氨基酸色氨酸、多肽短杆菌肽以及胰岛素、肌红蛋白和血红蛋白的脉冲分子束的到达时间分布。我们讨论的实验证据表明，探测器实际上是敏感的孤立的中性粒子。
2014-02-10 physics.atm-clus physics.ins-det
Design of NbN superconducting nanowire single photon detectors with enhanced infrared photon detection efficiency
我们提出了一个优化的设计纳米线超导单光子探测器，使用最近发现的位置依赖的检测效率在这些设备。该知识允许通过改变穿过导线的场分布来优化曲折导线NbN检测器的设计。为了计算具有不同几何形状的探测器的响应，我们通过有限差分时域模拟使用来自纳米线的单调局部探测效率和光吸收分布。计算预测平均吸收和边缘效应之间的折衷，导致预测的最佳线宽对于1550 nm波长接近100 nm，对于600 nm波长下降到50 nm线宽。通过在超导纳米线的顶部上沉积硅纳米线，可以增强边缘处的吸收，这提高了曲折线结构的总吸收效率以及内部检测效率。
2017-06-14 cond-mat.supr-con physics.ins-det physics.optics
SiC Based Beam Monitoring System for Particle Rates from kHz to GHz
本研究利用SiC探测器极低暗电流特性，构建了由现成组件组成的紧凑束流监测系统，覆盖kHz至GHz粒子速率，通过SiC探测器计数单粒子及硅条探测器提取束流截面，在高达每秒10^9粒子速率下实现准确测量。
2024-03-19 physics.ins-det
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
1.2 GHz Balanced Homodyne Detector for Continuous-Variable Quantum Information Technology
平衡零差探测器（BHD）可以测量相干态的场求积，在量子信息技术中有着广泛的应用。一般来说，BHD往往遭受窄频带和扩展带宽的行为通常陷入妥协的增益，电子噪声，和量子经典噪声比，在本文中，我们设计和构建宽带BHD的基础上射频和集成电路技术。我们的BHD显示带宽行为高达1.2 GHz，其量子与经典噪声比约为18 dB。同时，BHD具有线性性能，增益为4.86k，其共模抑制比也被测试为57.9 dB。采用该BHD方案，连续变量量子密钥分发系统在传输距离为10 km和45 km时的密钥速率分别达到66.55 Mbps和2.87 Mbps。此外，利用该BHD，量子随机数发生器的产生速率可以达到6.53Gbps。
2018-11-07 physics.ins-det quant-ph
Photon-counting optical coherence-domain reflectometry using superconducting single-photon detectors
我们考虑在相干域成像中使用单光子计数探测器。在这种模式下操作的检测器表现出降低的噪声，这导致对弱光源和弱反射样品的灵敏度增加。特别是，我们实验证明了使用超导单光子探测器（SSPD）的光学相干域反射计（OCDR）的可能性。这些检测器在整个光谱范围内是敏感的，这对于在生物样品中进行这种成像是有用的。SSPD的计数率高达100 MHz，如果光通量足够，它还可以提供高速率的数据采集。
2008-10-06 physics.ins-det quant-ph
Superconducting single-photon detectors with saturated dependence of quantum efficiency vs. bias current
研究了利用NbN超导单光子探测器实现量子效率与归一化偏置电流饱和相关的可能性。结果表明，饱和度增加的检测器的基础上更精细的膜具有较低的值的Rs300/Rs 20。Rs300/Rs 20的降低与量子修正对超导体电导率的影响增加有关，反过来又与电子扩散系数的降低有关。最佳样品在Ib/Ic~0.8，波长1.31mkm处，系统量子效率恒定值为94%。
2018-01-15 physics.ins-det physics.optics
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
Scalable Cryogenic Read-out Circuit for a Superconducting Nanowire Single-Photon Detector System
超导纳米线单光子探测器（SNSPD）是利用光子的量子信息科学应用的领先技术，并且它们在光子匮乏的经典成像应用中发现越来越多的用途。关键的探测器特性，如定时分辨率（抖动），复位时间和最大计数率，是由读出电子感测和放大的光子探测信号的严重影响。我们描述了SNSPD的读出电路，使用商业现成的放大器在低温下工作。我们的设计展示了35 ps的时序分辨率和超过2x10^7计数每秒的最大计数率，同时保持每个通道<3 mW的功耗，使其适合多通道读出。
2018-05-11 physics.ins-det
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
A Near-Infrared 64-pixel Superconducting Nanowire Single Photon Detector Array with Integrated Multiplexed Readout
我们展示了一个64像素的超导纳米线单光子探测器的自由空间耦合阵列，在近红外范围内的高检测效率进行了优化。一个集成的，易于扩展的，多路复用读出方案被用来减少读出线的数量为16。低温，光学和电子封装读出阵列，以及表征测量进行了讨论。
2015-04-10 physics.ins-det quant-ph
Constriction-limited detection efficiency of superconducting nanowire single-photon detectors
我们研究了在许多名义上相同的设备之间观察到的超导纳米线单光子探测器的探测效率的大的变化的来源。通过电学和光学测量，我们推断这些变化是由“收缩“引起的：纳米线的高度局部化区域，超导电流的有效横截面积减少。这些收缩将DC偏置电流密度限制在远低于其在导线的其余部分上的临界值，并且因此防止检测效率达到仅当它们被偏置在临界电流密度附近时在这些器件中出现的高值。
2007-01-22 physics.ins-det
High performance NbN nanowire superconducting single photon detectors fabricated on MgO substrates
我们展示了高性能的纳米线超导单光子探测器（SSPD）上生长的NbN薄膜在与单片集成兼容的温度。用直流磁控溅射法在400 ℃下在MgO衬底上沉积了厚度为150 ~ 3 nm的NbN薄膜。研究了沉积参数对NbN薄膜超导性能的影响，优化了NbN薄膜的超导性能。在最佳工艺条件下制备了不同厚度（7 ~ 3 nm）的高质量NbN薄膜。对SSPD进行了电学和光学表征。在4.2K下测得的最高QE值在1300 nm处为20%。
2007-12-19 physics.ins-det physics.optics
Broad frequency tuning of a Nb$_{3}$Sn superconducting microwave cavity for dark matter searches
Dipartimento di Fisica e Astronomia（物理与天文系）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；INFN, Laboratori Nazionali di Legnaro（意大利国家核物理研究所莱尼亚罗国家实验室）；Superconducting Quantum Materials and Systems center (SQMS), Fermi National Accelerator Laboratory（超导量子材料与系统中心（SQMS），费米国家加速器实验室）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）；INFN, Laboratori Nazionali di Frascati（意大利国家核物理研究所弗拉斯卡蒂国家实验室）
本研究提出了一种基于机械分离的宽频调谐方法，用于提高超导微波谐振腔的调谐范围，适用于暗物质探测实验。
2026-03-09 hep-ex physics.ins-det
Eight-fold signal amplification of a superconducting nanowire single-photon detector using a multiple-avalanche architecture
具有n个平行纳米线的超导纳米线雪崩单光子探测器（SNAP）优于单纳米线探测器，因为它们的输出信号幅度与n成线性比例。然而，SNAP架构尚未针对n > 4进行可行的论证。为了增加更大的信号放大的n，我们设计了一个多级，连续雪崩架构，使用纳米线，通过扼流圈电感连接在一个二叉树布局。我们展示了一个雪崩探测器与n = 8平行的纳米线，并实现了8倍的信号放大，与54 ps的定时抖动。
2014-08-05 physics.ins-det physics.optics quant-ph
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
