31.03.2022
Abbildung: Abhängigkeit der beobachteten inhärenten Detektionseffizienz eines halbleiterbasierten Einzelphotonendetektors von der Ereignisrate.
Ein zentraler Baustein für optischen Quantentechnologien sind Einzelphotonendetektoren. Ihre genaue und umfassende Charakterisierung ist äußerst wichtig, um beispielsweise Sicherheitslücken in Systemen zur optischen Quantenschlüsselverteilung zu vermeiden. Bisher werden quantenradiometrische Untersuchungen typischerweise bei sehr geringen Ereignisraten durchgeführt, während für praktische Anwendungen oft möglichst hohe Zählraten wünschenswert sind. Dabei war bisher die implizite Annahme, dass die gemessene inhärente Detektionseffizienz des Detektors auch für diesen Fall unverändert gilt.
In einer systematischen Untersuchung der Detektionseffizienz zweier kommerzieller, halbleiterbasierter Einzelphotonendetektoren konnten wir unter Berücksichtigung der Photonenstatistik nun zeigen, dass bereits bei nur einem Zehntel der maximal möglichen Zählrate ein signifikanter Abfall der Detektionseffizienz zu beobachten ist.
Insbesondere für sicherheitskritische Anwendungen sollte die Charakterisierung von Einzelphotonendetektoren daher zukünftig auch den Fall hoher Ereignisraten umfassen.
Autoren:
Sebastian M. F. Raupach; 4.5, Angewandte Radiometrie, PTB-Braunschweig
Ivo Pietro Degiovanni; Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Strada delle Cacce 91, 10135 Torino, Italy;
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione Torino, Via Giuria 1, 10125 Torino, Italy
Hristina Georgieva; 4.5, Angewandte Radiometrie, PTB-Braunschweig
Alice Meda; Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Strada delle Cacce 91, 10135 Torino, Italy
Helmuth Hofer; 4.5, Angewandte Radiometrie, PTB-Braunschweig
Marco Gramegna; Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Strada delle Cacce 91, 10135 Torino, Italy
Marco Genovese; Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Strada delle Cacce 91, 10135 Torino, Italy;
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione Torino, Via Giuria 1, 10125 Torino, Italy
Stefan Kück; 4, Optik, PTB-Braunschweig
Marco López; 4.5, Angewandte Radiometrie, PTB-Braunschweig
Für mehr Informationen:
Raupach, S. M.F.; Degiovanni, I. P.; Georgieva, H.; Meda, A.; Hofer, H.; Gramegna, M.; Genovese, M.; Kück, S.; López, M. Detection rate dependence of the inherent detection efficiency in single-photon detectors based on avalanche diodes. Phys. Rev. A 105, 042615, 2022. doi.org/10.1103/PhysRevA.105.042615