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Single Quantum Eos多通道超導納米線單光子探測器

簡介：

Single Quantum Eos多通道超導納米線單光子探測器是荷蘭 Single Quantum 的旗艦產品。它由緊湊型閉環低溫恒溫器、專用氦氣壓縮機、光纖耦合超導線探測器SNSPD、電子驅動器和操作軟件組成。Single Quantum提供了反應速度快，且靈敏的單光子探測器。

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產品特點產品參數應用領域功能圖解相關下載相關產品

產品特點

Single Quantum Eos是一個完整的測量系統，包括閉式循環制冷器、氦壓縮機、電子驅動器和高達24個高性能光纖耦合SNSPD。標準的Single Quantum Eos通道數目1到24個，每個通道針對特定波長進行了優化，標準波長為800nm、900nm、1064nm、1310nm和1550nm。

主要技術規格

? 系統探測效率：SDE>90%

? 暗噪聲：DCR<1Hz

? 時間抖動：timing jitter<15ps

? 最大計數率：>80MHz（可定制＞1GHz）

? 1～24通道可選

? 無后脈沖

? 探測范圍從紫外到紅外

? 持續運行時間大于10000小時

產品參數

應用領域

產品應用領域

? 雙光子量子干涉

? 光子反聚束

? 環境監測用激光測距

有以下的應用案例，可供大家參考：雙光子量子干涉、光子反聚束、環境監測用激光測距。

雙光子量子干涉

當兩個全同的單光子分別進入50:50分束器的兩個輸入端，那么他們會從分束器同一輸出端輸出，這種現象稱為洪歐曼德爾效應（量子干涉效應）。在量子光學中，洪歐曼德爾效應用于測試兩個單光子的不可區分程度。

在本實驗中，來自納米線量子點的兩個先后產生的光子通過光纖干涉儀，非偏振分束器（NPBS）將干涉儀的短路徑與長路徑光子分開，長路徑上的時間延遲與激光器的重復率（20MHz）精確匹配，兩個光子在第二個NPBS處發生干涉。長路徑的單個光子與隨后產生的短路徑光子都在保偏光纖中干涉。兩個Single Quantum超導探測器測試分束器的輸出端口。單光子探測器記錄時間軸上的符合事件。

當兩個光子所有屬性相同并且它們在分束器處具有較好的時間重疊時，符合計數的最小值下降到趨近于零。相反，當兩個光子完全可區分時，例如如果偏振旋轉90度，則凹陷完全消失。凹陷的精確形狀與單光子波包的頻譜以及光子的時間重疊和單光子探測器的時間抖動直接相關。

文獻參考： Physical Review B 93, 195316 (2016).

光子反聚束

用于探測光子反聚束的典型實驗方案是Hanbury-Brown和Twiss（HBT）干涉儀，該方案由分束器和兩個單光子探測器構成; 單光子探測器的輸出是時間相關的用于測試符合計數。

在Schweickert等人的工作中，通過使用Single Quantum Eos從量子點樣品中測試到具有極高純度的單光子源。單光子由半導體量子點（QD）雙激子產生，雙激子通過脈沖雙光子激發（TPE）相干激發，方案如上圖所示。由于激發能量與雙激子（XX）和激子（X）發射的發射能量失諧，因此可以對雙激子光子進行光譜濾波并將其入射到HBT干涉儀以做光子統計探測。干涉儀由50/50光纖分束器構成，并將光子輸送到Single Quantum Eos系統中的兩個超導單光子探測器進行探測。

目前已經成功得到一種超高純凈度的單光子源。右側顯示的反聚束實驗得到了g2（0）為7.5×10-5的實驗結果，這是在沒有任何背景扣除或時間后選擇的情況下獲得的。正是通過使用具有20ps和30ps的FWHM時間抖動以及<6×10-3Hz和<18×10-3Hz的超低暗計數率的兩個超導單光子探測器，才獲得了這個結果。對于暗計數和795nm的雙激子波長，探測效率遠遠優于任何類型的雪崩二極管（APD）。

文獻參考： Applied Physics Letters 112, 093106 (2018).

環境監測用激光測距

眾所周知，大氣中存在的細小固體顆粒會對人體健康有危害。因此，監測這種顆粒的濃度是非常重要的。激光雷達（LIDAR）技術如線性去極化率（LDR）允許連續監測氣溶膠濃度，同時具有高的空間和時間分辨率。

提供的高性能的SNSPD Eos系統用在該實驗中并且得到了1.5μm波段的高信噪比，因而能避免使用高脈沖能量激光器。實驗中激光重復頻率為9.5kHz，脈寬200 ns，空間分辨率30 m。在接收端，設置值為40.3us的時分復用模塊用于分離兩個正交信號。單個超導納米線單光子探測器用于測量兩個偏振信號。通過使用80mm耦合器將收集的來自大氣的反向散射信號耦合到保偏單模光纖中，該耦合器具有47.6μrad的窄視場能抑制來自天空的背景輻射。

中國合肥市城市氣溶膠的線性去極化率（LDR），監測時間48小時，空間分辨率為30 m，探測范圍為4 km。測得的DLR增加值與中國氣象局發布的霧霾預警和額外設置的工作波段為532 nm激光雷達測試結果非常一致。此外，白天在施工建筑物處還檢測到嚴重的局部空氣污染。使用1.5μm波長的優點很多。它可用于檢測大顆粒，這對于污染環境中的PM10分析非常重要。與可見光相比它能減少天空背景散射從而實現日間測量。另外它還能為電信行業制造高性能光學元件降低成本。

文獻參考： Optics Letters 42(21), 4454-4457 (2017).

功能圖解

整套超導單光子探測器系統配置圖

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