Vergleichsmessung zur Detektionseffizienz eines Einzelphotonendetektors bei sub-100 fW optischer Leistung

Für die Detektion von Einzelphotonen werden heutzutage vermehrt Si-Einzelphotonen-Avalanche-Photodioden (Si-SPAD) in verschiedenen Quantentechnologien, z.B. Quantenkryptographie, Quantencomputing, Quantenradiometrie etc. verwendet. Um hierbei zuverlässige Messungen zu erzielen, muss ihre Detektionseffizienz kalibriert werden. In der Arbeitsgruppe 4.13 Laserradiometrie wird eine solche Kalibrierung mittels des „Zwei-Abschwächer-Verfahrens“ („Double Attenuator Technique“) durchgeführt. Um dieses Messverfahren zu validieren, wurde kürzlich die Detektionseffizienz eines als Transfernormal dienenden Si-SPAD-Detektors im Rahmen des EMRP-Forschungsprojektes „Single-photon sources for quantum technologies“ (SIQUTE) mit zwei unabhängigen rückgeführten Messverfahren gemessen: zum einen mit dem an der PTB entwickelten „Zwei-Abschwächer-Verfahren“, zum anderen mittels einer direkten Kalibrierung durch Vergleich mit einer am tschechischen nationalen Metrologieinstitut CMI entwickelten extrem rauscharmen Si-Photodiode. Es wurde eine maximale Abweichung < 1,5 % für den gesamten gemessenen Leistungsbereich (von 86 fW bis 1325 fW) erhalten, wobei der E_n-Wert für alle Leistungen kleiner als 0.6 war. Dies bedeutet, dass beide Messverfahren innerhalb der Messunsicherheit metrologisch äquivalent sind. Weitere Details zur Vergleichsmessung finden sich in [1].

[1]        G. Porrovecchio, M. Šmid, M. López, H. Hofer, B. Rodiek, S. Kück, “Comparison down to sub-100-fW optical power level between a high sensitive, low noise Silicon photodiode and a low optical flux measurement facility based on a double attenuator technique”, Metrologia 53, 1115–1122, (2016), doi:10.1088/0026-1394/53/4/1115.