Лічильник фотонів видимого світла

Лічильник фотонів видимого світла — це фотодетектор для підрахунку фотонів, заснований на провідності зони домішок у кремнії, легованому миш'яком. Вони мають високу квантову ефективність і здатні виявляти окремі фотони у видимому діапазоні електромагнітного спектру . Здатність підрахувати точну кількість виявлених фотонів надзвичайно важлива для квантового розподілу ключів.

Науковий центр Rockwell International раніше анонсував «твердотільний фотопомножувач», широкосмуговий (0,4–28 мкм) детектор.[1] Наприкінці 1980-х років співпраця, яка спочатку складалася з Роквелла та Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, розпочала розробку трекерів частинок із сцинтилючими волокнами для використання на Надпровідному Суперколлайдері[2][3] на основі спеціального варіанту твердотільного фотопомножувача, який став відомий як Лічильник фотонів видимого світла.[4]

Принцип роботи подібний до лавинних фотодіодів, але базується на провідності в домішковій зоні.[5] Пристрої виготовлені з кремнію, легованого миш'яком, і мають смугу домішок 50 меВ нижче зони провідності[6], що призводить до посилення[en] від 40000 до 80000[5][7] при зворотному зміщенні лише на кілька вольт (наприклад, 7 В).[5][note 1] Вузька заборонена зона зменшує дисперсію підсилення, що призводить до рівномірної реакції на кожен фотон, і, отже, висота вихідного імпульсу пропорційна кількості падаючих фотонів. Лічильники фотонів видимого світла повинні працювати при кріогенних температурах (6–10 К).[5] Вони мають квантову ефективність 85 % при 565 нм[4] і роздільній здатності у часі[en] в кілька наносекунд.[5]

VLPC широко використовувалися в центральному детекторі стеження експерименту D0[en][8][9] і для досліджень охолодження пучка[en] мюонів для мюонного колайдера (MICE[en]).[7] Вони також були оцінені для квантової інформатики.[6]

Зноски

  1. ↑ Навпаки, однофотонні лавинні фотодідоди[en] потребують високої напруги зворотного зміщення та подальшого гасіння вихідного струму.

Примітки

  1. ↑ M.D. Petroff, M.G. Stapelbroek and W.A. Kleinhans: «Detection of Individual 0.4–28 μm Wavelength Photons via Impurity‐Impact Ionization in a Solid‐State Photomultiplier» Applied Physics Letters 51(6) pp.406-408 DOI:10.1063/1.98404 (1987)
  2. ↑ M.D. Petroff and M. Atac: «High Energy Particle Tracking Using Scintillating Fibers and Solid State Photomultipliers» IEEE Transactions on Nuclear Science 36(1) pp.163-164. ISSN 0018-9499 DOI:10.1109/23.34425 (1989)
  3. ↑ M. Atac: «Scintillating Fiber Tracking at High Luminosities using Visible Light Photon Counter Readout» pp.149-160 in Imaging Detectors In High Energy, Astroparticle And Medical Physics — Proceedings Of The UCLA International Conference, J. Park (ed.), World Scientific Publishing ISBN 978-981-4530-41-5 DOI:10.1142/3313 (1996)
  4. ↑ а б B. Abbot et al.: «Studies of Visible Light Photon Counters with Fast Preamplifiers» Conference Record of the 1991 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, Santa Fe, NM, USA, pp.369-373 ISSN 1082-3654 DOI:10.1109/NSSMIC.1991.258956 (1991)
  5. ↑ а б в г д M.D. Petroff and M.G. Stapelbroek: «Photon-Counting Solid-State Photomultiplier» IEEE Transactions on Nuclear Science 36(1) pp.158-162. ISSN 0018-9499. DOI:10.1109/23.34424 (1989)
  6. ↑ а б K. McKay «Development of the Visible Light Photon Counter for Applications in Quantum Information Science» Dissertation, Duke University, http://hdl.handle.net/10161/4990 (2011)
  7. ↑ а б M. Ellis et al., "The Design, Construction and Performance of the MICE Scintillating Fibre Trackers, " Nuclear Instruments and Methods A659 pp.136–153 DOI:10.1016/j.nima.2011.04.041 (2011)
  8. ↑ D. Adams et al.: «Performance of a Large Scale Scintillating Fiber Tracker Using VLPC Readout» IEEE Transactions on Nuclear Science 42(4) pp.401-406 ISSN 0018-9499 DOI:10.1109/23.467812 (1995)
  9. ↑ D0 Collaboration: «The Upgraded D0 Detector» Nuclear Instruments and Methods A565 pp.463–537 DOI:10.1016/j.nima.2006.05.248 (2006)