Измерение эффективности детектирования счётчиков одиночных фотонов на базе лавинных фотодиодов методом спонтанного параметрического рассеяния с асимметричными по спектру каналами

Рассмотрена частотно-диафрагменная методика одновременного безэталонного измерения эффективности детектирования двух счётчиков одиночных фотонов. Методика основана на известной схеме измерения эффективности детектирования одиночных фотонов с помощью фотонных пар, генерируемых в нелинейном кристалле при спонтанном параметрическом рассеянии. Специфической особенностью рассматриваемой методики является использование асимметричных по спектру оптических каналов. Описана экспериментальная установка, реализующая методику в вырожденном режиме спонтанного параметрического рассеяния. Приведены результаты одновременного измерения эффективности детектирования двух счётчиков одиночных фотонов на длине волны 810 нм. Счётчики выполнены на основе кремниевых лавинных фотодиодов SAP-500 с волоконными входами. Показано, что рассматриваемая методика может быть использована и для измерения эффективности детектирования счётчиков одиночных фотонов, чувствительных в более длинноволновой области спектра. Предложенная методика по сравнению с диафрагменной схемой имеет преимущество в простоте и надёжности юстировки.

счётчики одиночных фотонов, спонтанное параметрическое рассеяние, квантовая эффективность, эффективность детектирования фотонов, single photon counters, spontaneous parametric scattering, quantum efficiency, photon detection efficiency

1. Магницкий С. А., Фроловцев Д. Н., Агапов Д. П., Дёмин А. В., Крутиков В. Н., Левин Г. Г. Метрология одиночных фотонов для квантовых информационных технологий // Измерительная техника. 2017. № 3. С. 24-29.

2. Burnham D. C., Weinberg D. L. Observation of simultaneity in parametric production of optical photon pairs // Phys. Rev. Lett. 1970. Т. 25. №. 2. С. 84-87.

3. Penin A. N., Sergienko A. V. Absolute standardless calibration of photodetectors based on quantum two-photon fields // Appl. Оpt. 1991. Т. 30. №. 25. С. 3582-3588.

4. Kwiat P. G., Steinberg A. M., Chiao R. Y., Eberhard P. H., Petroff M. D. Absolute efficiency and time-response measurement of single-photon detectors // Appl. Оpt. 1994. Т. 33. №. 10. С. 1844-1853.

5. Ginzburg V. M., Keratishvili N. G., Korzhenevich, Ye. L., Lunev G. V., Penin A. N. Absolute measurement of quantum efficiency based on parametric down-conversion effect // Metrologia. 1993. Т. 30. №. 4. С. 367-368.

6. Migdall A., Datla R., Sergienko A. V., Orszak J. S., Shih Y. H. Measuring absolute infrared spectral radiance with correlated visible photons: technique verification and measurement uncertainty // Appl. Оpt. 1998. Т. 37. №. 16. С. 3455-3463.

7. Brida G., Castelletto S., Novero C., Rastello M. L. Quantum-efficiency measurement of photodetectors by means of correlated photons // JOSA B. 1999. Т. 16. №. 10. С. 1623-1627.

8. Stipčević M., Skenderović H., Gracin D. Characterization of a novel avalanche photodiode for single photon detection in VIS-NIR range // Opt. Еxpress. 2010. Т. 18. №. 16. С. 17448-17459.

9. Ware M., Migdall A. Single-photon detector characterization using correlated photons: the march from feasibility to metrology // J. Modern Optics. 2004. Т. 51. No. 9-10. С. 1549-1557.

10. Worsley A. P., Coldenstrodt-Ronge H. B., Lundeen J. S., Mosley P. J., Smith B. J., Puentes G., Thomas-Peter N., Walmsley I. A. Absolute efficiency estimation of photon-number-resolving detectors using twin beams // Opt. Express. 2009. Т. 17. №. 6. С. 4397-4412.

11. Avella A., A., Brida G., Degiovanni I. P., Genovese M., Gramegna M., Lolli L., Monticone E., Portesi C., Rajteri M., Rastello M. L., Taralli E. Self consistent, absolute calibration technique for photon number resolving detectors // Opt. Еxpress. 2011. Т. 19. No. 23. С. 23249-23257.

12. Peřina Jr J., Haderka O., Allevi A. and Bondani M. Absolute calibration of photon-number-resolving detectors with an analog output using twin beams // Appl. Phys. Lett. 2014. Т. 104. №. 4. С. 041113-1-041113-4.

13. Cohen L., Pilnyak Y., Istrati D., Studer N. M., Dowling J. P., Eisenberg H. S. Absolute calibration of single-photon and multiplexed photon-number-resolving detectors // Phys. Rev. A. 2018. Т. 98. №. 1. С. 013811-1 - 013811-8.

14. Magnitskiy S., Frolovtsev D., Firsov V., Gostev P., Protsenko I., Saygin M. A SPDC-based source of entangled photons and its characterization // J. Russian Laser Research. 2015. Т. 36. №. 6. С. 618-629.

15. Migdall A. L. Absolute quantum efficiency measurements using: toward a measurement protocol // IEEE Transactions on Instrumentation and measurement. 2001. Т. 50. No. 2. С. 478-481.