Energieauflösung und spektrale Empfindlichkeit supraleitender Einzelphotonenzähler

Abstract

Hochempfindliche, ultraschnelle NbN-Einzelphotonenzähler, basierend auf der kurzzeitigen bias-stromunterstützten Ausbildung eines normal leitenden Bereichs (Hot-Spot) durch Photonenabsorption in einer nanostrukturierten, meanderförmigen, supraleitenden, nahe dem kritischen Strom betriebenen Brücke, weisen eine moderate Energieauflösung im infraroten bis ultravioletten Spektralbereich auf. Die Energieinformation ist im Integral des Spannungspulses enthalten, der über der normal leitenden Barriere abfällt. Die Auflösung ist durch die statistische Verteilung der Signalpuls-Amplituden bestimmt. Unterhalb der Cutoff-Energie, bei der die Photonenenergie nicht mehr ausreicht, um zusammen mit dem angelegten Bias-Strom eine normal leitende Barriere auszubilden, kann die vorhandene Quanteneffizienz mit Hilfe der photoneninduzierten Trennung gebundener Flussschlauch-Paare, die aufgrund des Kosterlitz-Thouless Phasenübergang in zweidimensionalen Supraleitern auftreten, beschrieben werden. Die Detektoren wurden mit kontinuierlichen und gepulsten Lichtquellen optisch angeregt und mit einer angepassten, schnellen, auf SQUID-Vorverstärkern basierenden Elektronik bzw. breitbandigen Mikrowellenverstärkern ausgelesen. Sowohl Amplitude als auch Pulsdauer werden vom Zusammenwirken der kinetischen Induktivität des Meanders und der dort abgeführten Jouleschen Leistung des Bias-Stroms bestimmt. Pulsdauern im Nanosekunden-Bereich führen zu Zählraten im Sub-GHz-Bereich.