DE102019116276A1 - Device for detecting individual light quanta - Google Patents

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) soll eine Lösung geschaffen werden, um die ohmschen Verluste und den Rauschanteil einer Treiberschaltung (3) zur Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) zu reduzieren um schnelle Schaltzeiten zu ermöglichen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung einen supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) umfasst, eine Treiberschaltung (3) umfasst, wobei die Treiberschaltung (3) derart eingerichtet ist, einen getriggerten Bias-Strom für den supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) bereitzustellen, wobei die Vorrichtung derart eingerichtet ist, den supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) und die Treiberschaltung (3) auf eine für die Supraleitung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) geeignete Temperatur zu kühlen.Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels einer zuvor beschriebenen Vorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der Vorrichtung bei der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie.In the case of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector (2), a solution is to be created to reduce the ohmic losses and the noise component of a driver circuit (3) for controlling the superconducting single photon detector (2) to enable fast switching times. This is achieved in that the device comprises a superconducting single photon detector (2), comprises a driver circuit (3), the driver circuit (3) being set up to provide a triggered bias current for the superconducting single photon detector (2), the device is set up to cool the superconducting single photon detector (2) and the driver circuit (3) to a temperature suitable for the superconducting of the superconducting single photon detector (2). The invention also relates to a method for detecting individual light quanta by means of a device described above. The invention also relates to the use of the device in laser-induced fluorescence spectroscopy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten, insbesondere eine Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der Vorrichtung bei der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie.The invention relates to a device for detecting individual light quanta, in particular a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector. The invention also relates to a method for detecting individual light quanta by means of the device according to the invention. The invention also relates to the use of the device in laser-induced fluorescence spectroscopy.

Supraleitende Einzelphotonendetektoren (SSPDs) sind die vielversprechendste Alternative zu herkömmlichen Einzelphotonendetektoren. Ihre hohen Sättigungszahlen, die kleinen Timing-Jitter, der breite Wellenlängen-Erfassungsbereich und niedrige Dunkelzählraten machen sie zu vielversprechenden Kandidaten in einer Vielzahl von Anwendungen. Einzelphotonendetektoren sind die Grundlage der Quantenoptik und Quanteninformationen. Die Telekommunikation, die medizinische Bildgebung und die Biophotonik sind weitere vorgesehene Anwendungsgebiete von supraleitenden Einzelphotonendetektoren.Superconducting single photon detectors (SSPDs) are the most promising alternative to traditional single photon detectors. Their high saturation numbers, small timing jitter, wide wavelength detection range, and low dark count rates make them promising candidates in a wide variety of applications. Single photon detectors are the basis of quantum optics and quantum information. Telecommunications, medical imaging and biophotonics are further intended areas of application for superconducting single photon detectors.

Supraleitende Einzelphotonendetektoren weisen im freilaufenden Betrieb eine hohe Leistung auf, haben aber eine begrenzte maximale Zählrate und eine Totzeit nach jedem Zählereignis. Bei manchen Anwendungen muss jedoch der Vorspannungsstrom des supraleitenden Einzelphotonendetektors begrenzt werden, um die Zählraten von Rauschen oder transienter Übersteuerung zu reduzieren. Die Rauschzählraten können sowohl von anderen Lichtquellen des Experiments z. B. in der Pump-Probe Spektroskopie stammen, wie auch vom Dunkelrauschen. Die Ansteuerung des Detektors erfolgt dabei synchron zur zeitlichen Taktung des Gesamtsystems. Diese Ansteuerung des Detektors kann das Signal-Rausch-Verhältnis erhöhen, indem ein größerer Strom und damit eine höhere Detektionseffizienz in einem kurzen Zeitfenster ermöglicht wird, wenn ein Photon erwartet wird, ohne unter großem Dunkelrauschen zu leiden, wenn kein Photon erwartet wird. Durch die Verwendung eines Gated-Mode Betriebs des Detektors kann die Zählrate des Nutzsignals gesteigert werden während gleichzeitig die Dunkelzählrate reduziert wird.Superconducting single photon detectors have a high performance in free-running operation, but have a limited maximum count rate and a dead time after each counting event. In some applications, however, the bias current of the superconducting single photon detector must be limited in order to reduce the count rates of noise or transient overdrive. The noise count rates can be obtained from other light sources of the experiment e.g. B. originate in the pump-probe spectroscopy, as well as from dark noise. The detector is controlled synchronously with the timing of the overall system. This control of the detector can increase the signal-to-noise ratio by enabling a larger current and thus a higher detection efficiency in a short time window if a photon is expected without suffering from great dark noise if no photon is expected. By using a gated mode operation of the detector, the counting rate of the useful signal can be increased while the dark counting rate is reduced at the same time.

Die Ansteuerung des Detektors erfolgt dabei mittels einer Treiberschaltung, wobei während des Gated-Mode Betriebs die Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors anstelle eines konstanten Bias-Stroms durch einen getriggerten Bias-Strom erfolgt.The detector is controlled by means of a driver circuit, with the superconducting single photon detector being energized during gated mode operation by a triggered bias current instead of a constant bias current.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Treiberschaltungen zur Ansteuerung eines supraleitenden Einzelphotonendetektors bekannt. Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Treiberschaltungen ist, dass diese Treiberschaltungen hohe ohmsche Verluste, geringe Schaltzeiten und einen hohen Rauschanteil besitzen.Various driver circuits for controlling a superconducting single photon detector are known from the prior art. The disadvantage of the driver circuits known from the prior art is that these driver circuits have high ohmic losses, short switching times and a high proportion of noise.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht, eine Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors bereitzustellen, wobei die ohmschen Verluste der Treiberschaltung und der Rauschanteil reduziert werden, schnelle Schaltzeiten ermöglicht werden und Totzeiten aus transienter Übersteuerung vermieden werden.The invention is therefore based on the object of creating a solution which makes it possible to provide a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector, the ohmic losses of the driver circuit and the noise component being reduced, fast switching times being made possible and dead times transient overload can be avoided.

Bei einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zumindest einen supraleitenden Einzelphotonendetektor umfasst, die Vorrichtung weiter zumindest eine Treiberschaltung umfasst, wobei die Treiberschaltung derart eingerichtet ist, einen getriggerten Bias-Strom für den supraleitenden Einzelphotonendetektor bereitzustellen, wobei die Vorrichtung derart eingerichtet ist, den supraleitenden Einzelphotonendetektor und die Treiberschaltung auf eine für die Supraleitung des supraleitenden Einzelphotonendetektors geeignete Temperatur zu kühlen.In a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector of the type described at the outset, the object is achieved according to the invention in that the device comprises at least one superconducting single photon detector, the device further comprises at least one driver circuit, the driver circuit being set up in such a way, a triggered Provide a bias current for the superconducting single photon detector, the device being set up to cool the superconducting single photon detector and the driver circuit to a temperature suitable for superconducting the superconducting single photon detector.

Eine solche Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors ermöglicht es, sehr schnelle Schaltzeiten des supraleitenden Einzelphotonendetektors zu realisieren. Damit wird es möglich, ein Gating auf einer Zeitskala durchzuführen (≈10 ps), die weit unterhalb der Totzeit liegt, die sich systembedingt aus der Erholzeit vom normalleitenden in den supraleitenden Zustand ergibt (≈10 ns).Such a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector makes it possible to realize very fast switching times of the superconducting single photon detector. This makes it possible to perform gating on a time scale (≈10 ps), which is far below the dead time that results from the system-related recovery time from the normally conducting to the superconducting state (≈10 ns).

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Ankopplung der Treiberschaltung mit dem supraleitenden Einzelphotonendetektor ohmsch.In a preferred embodiment of the invention, the driver circuit is coupled ohmically to the superconducting single photon detector.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors mittels der Treiberschaltung unipolar.In a further preferred embodiment of the invention, the superconducting single photon detector is controlled in a unipolar manner by means of the driver circuit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors mittels der Treiberschaltung bipolar. Die bipolare Ankopplung des Detektors bietet den Vorteil, dass der Detektor ausgehend vom detektierenden Zustand transient über den Aus-Zustand wieder in den detektierenden Zustand geschaltet werden kann, wodurch zeitlich extrem kurze Aus-Zustände des Detektors ermöglicht werden.In a preferred embodiment of the invention, the superconducting single photon detector is driven bipolar by means of the driver circuit. The bipolar coupling of the detector offers the advantage that, starting from the detecting state, the detector can be switched back to the detecting state transiently via the off state, thereby enabling extremely short off states of the detector.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Ankopplung der Treiberschaltung mit dem supraleitenden Einzelphotonendetektor kapazitiv. Da bei dieser Ausführungsform der Erfindung keine ohmschen Dämpfungsglieder benötigt werden, kommt es zu einer vernachlässigbaren Dissipation.In a further preferred embodiment of the invention, the driver circuit is coupled to the superconducting single photon detector capacitively. Since no ohmic attenuators are required in this embodiment of the invention, there is negligible dissipation.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ankopplung der Treiberschaltung mit dem supraleitenden Einzelphotonendetektor kapazitiv über einen Stromknoten.In a preferred embodiment of the invention, the driver circuit is coupled to the superconducting single photon detector capacitively via a current node.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Treiberschaltung und der zumindest eine supraleitende Einzelphotonendetektor auf einem einzelnen integrierten Schaltungschip implementiert. Komplett integrierte photonische Schaltkreise mit allen Hauptkomponenten auf einem einzigen Chip sind ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu neuen Technologien wie beispielsweise Quantenphotonik oder Quantensensorik. Durch die Integration der Treiber- und Steuerelektronik mit photonischen Schaltkreisen und Detektoren auf demselben Chip, werden die Packungskomplexität und die Kosten stark reduziert. Des Weiteren bietet die Integration den Vorteil, dass auf einfache Weise die Treiber- und Steuerelektronik auf die für die Supraleitung geeigneten Temperatur gebracht werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, the driver circuit and the at least one superconducting single photon detector are implemented on a single integrated circuit chip. Completely integrated photonic circuits with all main components on a single chip are an important step on the way to new technologies such as quantum photonics or quantum sensors. By integrating the driver and control electronics with photonic circuits and detectors on the same chip, the packaging complexity and costs are greatly reduced. Furthermore, the integration offers the advantage that the driver and control electronics can easily be brought to the temperature suitable for superconductivity.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Treiberschaltung eine CMOS-Treiberschaltung ist. Vorteil dabei ist, dass neben den photonischen Schaltkreisen auch die Treiber- und Steuerelektronik unter Verwendung etablierter Herstellungstechniken beispielsweise für komplementäre Metalloxid-Halbleiter (CMOS) auf einem Chip integriert werden können. Dadurch wird die Integration CMOS-basierter Mikroelektronik der Treiber- und Steuerelektronik und photonischer Schaltkreise auf demselben Chip erleichtert. Durch die Verwendung CMOS-basierter Herstellungstechniken lassen sich auch mit Supraleiter kompatiblem Silizium Einzelphotonendetektoren auf dem Chip integrieren, was die messungsinduzierte nichtlineare Wechselwirkung zwischen einzelnen Photonen ermöglicht.In a particularly preferred embodiment of the invention, the driver circuit is a CMOS driver circuit. The advantage here is that in addition to the photonic circuits, the driver and control electronics can also be integrated on a chip using established manufacturing techniques, for example for complementary metal oxide semiconductors (CMOS). This facilitates the integration of CMOS-based microelectronics, driver and control electronics, and photonic circuits on the same chip. By using CMOS-based manufacturing techniques, single photon detectors can also be integrated on the chip with silicon that is compatible with superconductors, which enables the measurement-induced non-linear interaction between individual photons.

Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels einer zuvor beschriebenen Vorrichtung angegeben mit folgenden Schritten:

  • - Bereitstellen zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors (2),
  • - Bereitstellen zumindest einer Treiberschaltung (3),
  • - Kühlung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) und der Treiberschaltung (3) auf eine für die Supraleitung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) geeignete Temperatur,
  • - Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) mittels der Treiberschaltung (3), wobei die Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) getriggert erfolgt.
According to the invention, a method for detecting individual light quanta by means of a device described above is also specified with the following steps:
  • - Provision of at least one superconducting single photon detector ( 2 ),
  • - Provision of at least one driver circuit ( 3 ),
  • - Cooling of the superconducting single photon detector ( 2 ) and the driver circuit ( 3 ) on one for the superconductivity of the superconducting single photon detector ( 2 ) suitable temperature,
  • - Current supply to the superconducting single photon detector ( 2 ) by means of the driver circuit ( 3 ), whereby the current flow to the superconducting single photon detector ( 2 ) triggered.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Schritt der Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors zeitlich synchron zur Taktung der Vorrichtung. Die Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors kann aber auch reaktionsbedingt auf bestimmte Ereignisse oder Koinzidenzen erfolgen. Beispiele hierfür sind die Reaktion auf das Ergebnis einer vorangegangenen Quantenmessung oder die Reaktion auf einen bevorstehenden Übersteuerungszustand, der durch Austastung der Bestromung verhindert werden soll.In a preferred embodiment of the invention, the step of energizing the superconducting single photon detector takes place synchronously with the timing of the device. The superconducting single photon detector can also be supplied with current as a result of the reaction to certain events or coincidences. Examples of this are the reaction to the result of a previous quantum measurement or the reaction to an impending overdrive state that is to be prevented by blanking the current supply.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Schritt der Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors als Reaktion auf ein externes Ereignis.In a further preferred embodiment of the invention, the step of energizing the superconducting single photon detector takes place in response to an external event.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ankopplung zwischen dem supraleitenden Einzelphotonendetektor und der Treiberschaltung kapazitiv, wobei der Schritt der Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors mittels der Treiberschaltung eine Bestromung mittels Verschiebeströmen enthält.In a further preferred embodiment of the invention, the coupling between the superconducting single photon detector and the driver circuit is capacitive, the step of energizing the superconducting single photon detector by means of the driver circuit including energization by means of displacement currents.

Erfindungsgemäß ist außerdem die Verwendung der Vorrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ansprüche bei der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie.The use of the device according to one of the claims described above in laser-induced fluorescence spectroscopy is also in accordance with the invention.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen.Further details, features and advantages of the subject matter of the invention emerge from the subclaims and from the following description of the associated drawings.

Es zeigen:

  • 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit unipolarer, ohmscher Ansteuerung,
  • 2 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit bipolarer, ohmscher Ansteuerung,
  • 3 ein Diagramm einer Bestromung eines supraleitenden Einzelphotonendetektors,
  • 4 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit kapazitiv gekoppeltem Gating-Puls,
  • 5
    • a) ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Ausgangsspannung der Tieftemperatur- Treiberschaltung,
    • b) ein Diagramm des zeitlichen Stromverlaufs des Stroms I1,
    • c) ein Diagramm des zeitlichen Stromverlaufs des Stroms I2,
  • 6 ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 7
    • a) ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Ausgangsspannung der Treiberschaltung,
    • b) ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Verschiebestroms I1,
  • 8 ein Schaltbild der Verwendung einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors bei der Laser-Streulicht Unterdrückung in der Zeitdomäne durch ultraschnelles, getriggertes Bias-Gating erfolgt,
  • 9
    • a) ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs eines Laserpulses,
    • b) ein Diagramm des zeitlichen eines Bias-Strom Gating eines supraleitenden Einzelphotonendetektors,
    • c) ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Lumineszenz mit Laser-Streulicht,
    • d) ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der detektierten Lumineszenz.
Show it:
  • 1 a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector by means of a low-temperature driver circuit according to a first embodiment of the invention with unipolar, ohmic control,
  • 2 a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector by means of a low-temperature driver circuit according to a second Embodiment of the invention with bipolar, ohmic control,
  • 3 a diagram of an energization of a superconducting single photon detector,
  • 4th a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector by means of a low-temperature driver circuit according to a third embodiment of the invention with a capacitively coupled gating pulse,
  • 5
    • a) a diagram of the time course of the output voltage of the low-temperature driver circuit,
    • b) a diagram of the current course of the current I 1 over time ,
    • c) a diagram of the temporal course of the current I 2 ,
  • 6th a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector by means of a low-temperature driver circuit according to a fourth embodiment of the invention,
  • 7th
    • a) a diagram of the time profile of the output voltage of the driver circuit,
    • b) a diagram of the time course of the displacement current I 1 ,
  • 8th a circuit diagram of the use of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector in the case of laser scattered light suppression in the time domain by ultra-fast, triggered bias gating,
  • 9
    • a) a diagram of the time course of a laser pulse,
    • b) a diagram of the temporal bias current gating of a superconducting single photon detector,
    • c) a diagram of the time course of the luminescence with laser scattered light,
    • d) a diagram of the time course of the detected luminescence.

Die 1 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung 3 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst einen supraleitenden Einzelphotonendetektor 2, wobei die Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 durch ein Bias-Strom Gating mittels einer Treiberschaltung 3 und eines ohmschen Dämpfungsglieds 8 erfolgt. Zumindest die Treiberschaltung 3 sowie der supraleitende Einzelphotonendetektor 2 sind zusammen in einem Tieftemperaturbereich 1 angeordnet, wobei der Tieftemperaturbereich 1 ein Bereich ist, der eine für die Supraleitung des supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 geeignete Temperatur aufweist. Die Treiberschaltung 3 kann beispielsweise eine CMOS-Treiberschaltung sein, wobei es vorteilhaft sein kann, wenn die Treiberschaltung 3 und der supraleitende Einzelphotonendetektor 2 auf einem einzelnen integrierten Schaltungschip oder einem gemeinsamen Chip-Träger implementiert sind. The 1 shows a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector 2 with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector 2 by means of low temperature driver circuit 3 according to a first embodiment of the invention. The device comprises a superconducting single photon detector 2 , the energization of the superconducting single photon detector 2 by a bias current gating by means of a driver circuit 3 and an ohmic attenuator 8th he follows. At least the driver circuit 3 as well as the superconducting single photon detector 2 are together in a low temperature range 1 arranged, the low temperature range 1 is an area that is one for superconductivity of the superconducting single photon detector 2 has a suitable temperature. The driver circuit 3 can for example be a CMOS driver circuit, it can be advantageous if the driver circuit 3 and the superconducting single photon detector 2 implemented on a single integrated circuit chip or on a common chip carrier.

Dadurch können die Treiberschaltung 3 und der supraleitende Einzelphotonendetektor 2 gleichzeitig auf einfache Weise auf die für die Supraleitung erforderliche Temperatur gebracht werden. Die CMOS-Technologie bietet außerdem den Vorteil, dass sich durch diese Herstellungstechniken auch mit Supraleiter kompatible Silizium Einzelphotonendetektoren auf dem Chip integrieren lassen. Die in 1 gezeigte Vorrichtung verfügt außerdem über einen Triggereingang 4 mit Abschlusswiderstand 6, wobei durch den Triggereingang 4 der Treiberschaltung 3 mit Versorgungsspannung 5 ein Triggersignal für das getriggerte Bias-Gating zur Verfügung gestellt wird. Ferner Verfügt die Vorrichtung über einen Ausgang 7 an dem ein Messsignal des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 abgegriffen werden kann. Der Ausgang 7 kann beispielsweise mit einem Zähler verbunden werden, der die Messsignale einzelner Photonen registriert.This allows the driver circuit 3 and the superconducting single photon detector 2 at the same time be brought to the temperature required for superconductivity in a simple manner. CMOS technology also offers the advantage that silicon single photon detectors compatible with superconductors can also be integrated on the chip using these manufacturing techniques. In the 1 The device shown also has a trigger input 4th with terminating resistor 6th , being through the trigger input 4th the driver circuit 3 with supply voltage 5 a trigger signal for triggered bias gating is made available. The device also has an output 7th on which a measurement signal from the superconducting single photon detector 2 can be tapped. The exit 7th can, for example, be connected to a counter that registers the measurement signals of individual photons.

Die Ankopplung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 an die Treiberschaltung 3 erfolgt in dem in 1 gezeigten Schaltbild ohmsch über ein Dämpfungsglied 8, wobei in 1 die Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 unipolar erfolgt. Bei der uniploaren Ansteuerung wird der supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 vom Aus-Zustand in den detektierenden Zustand geschaltet oder von dem detektierenden Zustand in den Aus-Zustand geschaltet.The coupling of the superconducting single photon detector 2 to the driver circuit 3 takes place in the in 1 Circuit diagram shown ohmic via an attenuator 8th , where in 1 the control of the superconducting single photon detector 2 unipolar. With unipolar control, the superconducting single photon detector 2 from the off state to the detecting state switched or switched from the detecting state to the off state.

Die 2 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung 3 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der in 2 gezeigten Vorrichtung erfolgt die Ankopplung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 an die Treiberschaltung 3 ebenfalls ohmsch. Die Ansteuerung erfolgt in dem in 2 gezeigten Schaltbild jedoch bipolar. Im bipolaren Fall wird der supraleitende Einzelphotonendetektor 2 ausgehend vom detektierenden Zustand transient über den nicht-detektierenden Zustand wieder in den detektierenden Zustand geschaltet. Dadurch werden zeitlich extrem kurze Aus-Zustände ermöglicht. Zur Herstellung des bipolaren Betriebsmodus wird über den Anschluss 12 eine Gleichspannung bereitgestellt, die über den Widerstand 9 einen Bias-Strom am Einzelphotonendetektor 2 erzeugt, der für den Ein- und Aus-Zustand der Treiberschaltung 3 betragsmäßig gleich ist, aber unterschiedliches Vorzeichen hat. Beim Umschaltvorgang vom Ein- in den Aus-Zustand ergibt sich transient ein nicht-detektierender Zustand.The 2 shows a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector 2 with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector 2 by means of low temperature driver circuit 3 according to a second embodiment of the invention. At the in 2 The device shown is the coupling of the superconducting single photon detector 2 to the driver circuit 3 also ohmic. The control takes place in the in 2 However, the circuit diagram shown is bipolar. In the bipolar case, the superconducting single photon detector is used 2 starting from the detecting state, transiently switched back to the detecting state via the non-detecting state. This enables extremely short off-states. To establish the bipolar operating mode, the connection 12 a DC voltage is provided across the resistor 9 a bias current at the single photon detector 2 generated for the on and off state of the driver circuit 3 is the same in terms of amount, but has a different sign. When switching from the on to the off state, a transient non-detecting state results.

Ferner verfügt die Vorrichtung über die Ausgänge 10 und 11, an denen positive und negative Messsignale des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 abgegriffen werden können. Zur Zählung aller Photon-induzierten Messsignale werden die Ausgänge 10 und 11 zwei Diskriminatoren mit einheitlich positiver oder einheitlich negativer Schwellspannung zugeführt. Deren Ausgangssignale liefern nach einer logischen UND-Verknüpfung unabhängig vom Vorzeichen des Bias-Stroms die gesamten Zählereignisse.The device also has the outputs 10 and 11 , on which positive and negative measurement signals of the superconducting single photon detector 2 can be tapped. The outputs are used to count all photon-induced measurement signals 10 and 11 two discriminators with uniformly positive or uniformly negative threshold voltage supplied. After a logical AND operation, their output signals supply the entire counting events regardless of the sign of the bias current.

Zur Herstellung des bipolaren Betriebsmodus kann die passive Einstellung des Bias-Stroms über Anschluss 12 durch eine aktive Variante ersetzt werden, bei der die aktive Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 mittels Treiberschaltung 3 und Dämpfungsglied 8 beidseitig vorgenommen wird. Bei komplementären Umschaltvorgängen zwischen dem Ein- und Aus-Zustand ergeben sich transient nicht-detektierende Zustände, deren zeitliche Dauer durch die Steuerung des Umschaltvorgangs einstellbar ist.To establish the bipolar operating mode, the passive setting of the bias current can be done via connection 12 be replaced by an active variant in which the active control of the superconducting single photon detector 2 by means of driver circuit 3 and attenuator 8th is made on both sides. In the case of complementary switching processes between the on and off state, transiently non-detecting states result, the duration of which can be set by controlling the switching process.

In 3 ist ein Diagramm einer Bestromung eines supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 gezeigt, wobei die Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 gegen die Quanteneffizienz des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 aufgetragen ist.In 3 Figure 12 is a diagram of energization of a superconducting single photon detector 2 shown, with the energization of the superconducting single photon detector 2 versus the quantum efficiency of the superconducting single photon detector 2 is applied.

Der in 3 gezeigte Fall a) zeigt die unipolare Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2. Der supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 wird dabei vom Aus-Zustand in den detektierenden Zustand geschaltet 31.The in 3 Case a) shown shows the unipolar control of the superconducting single photon detector 2 . The superconducting single photon detector 2 is switched 31 from the off state to the detecting state.

Der Fall b) zeigt die bipolare Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2. Der supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 wird dabei ausgehend vom detektierenden Zustand transient über den nicht- detektierenden Zustand wieder in den detektierenden Zustand geschaltet 30.Case b) shows the bipolar control of the superconducting single photon detector 2 . The superconducting single photon detector 2 is switched from the detecting state transiently via the non-detecting state back to the detecting state 30th .

Die 4 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung 3 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem in 4 gezeigten Schaltbild erfolgt die Ankopplung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 mit der Treiberschaltung 3 kapazitiv. Die Ankopplung erfolgt dabei mittels eines Koppelkondensators 40. Der Koppelkondensator 40 kann bei kurzen Anstiegszeiten der Treiberschaltung 3 (≈ 1011V/s) beispielsweise eine Kapazität zwischen 10-14 bis 10-16 Farad aufweisen.The 4th shows a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector 2 with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector 2 by means of low temperature driver circuit 3 according to a third embodiment of the invention. The in 4th The circuit diagram shown is used to couple the superconducting single photon detector 2 with the driver circuit 3 capacitive. The coupling takes place by means of a coupling capacitor 40 . The coupling capacitor 40 can with short rise times of the driver circuit 3 (≈ 10 11 V / s), for example, have a capacity between 10 -14 to 10 -16 farads.

Im detektierenden Zustand wird der Bias-Strom 41 über eine am Eingang 42 angelegte Gleichspannung und den Serienwiderstand 43 (≈50 Ohm) eingeprägt. Der Kondensator 44 dient der HF-Entkopplung. Im detektierenden Zustand fließt der Bias-Strom 41 über den sehr niederohmigen Widerstand 45 (≈1 Ohm) in voller Stärke 46 weiter zum supraleitenden Einzelphotonendetektor 2.The bias current is in the detecting state 41 via one at the entrance 42 applied DC voltage and the series resistance 43 (≈50 Ohm) embossed. The condenser 44 is used for HF decoupling. The bias current flows in the detecting state 41 about the very low resistance 45 (≈1 ohm) at full strength 46 further to the superconducting single photon detector 2 .

Beim Umschaltvorgang der Treiberschaltung 3 vom Ein- in den Aus-Zustand entsteht über den Koppelkondensator 40 ein transienter Verschiebestrom 47, der am Stromknoten 48 den Bias-Strom 41 vom supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 zum Koppelkondensator 40 umleitet. Der niederohmige Widerstand 45 zwischen dem supraleitenden Einzelphotonendetektor und dem Stromknoten ermöglicht es, dass die Spannung am Stromknoten 48 transient auf null oder sogar unter null gezogen werden kann und somit der Bias-Strom umgeleitet werden kann. Da bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel kein Dämpfungsglied benötigt wird, ist die Dissipation vernachlässigbar.When switching the driver circuit 3 from the on to the off state occurs via the coupling capacitor 40 a transient displacement current 47 , the one at the power node 48 the bias current 41 from the superconducting single photon detector 2 to the coupling capacitor 40 redirects. The low resistance 45 between the superconducting single photon detector and the power node allows the voltage at the power node 48 can be pulled transiently to zero or even below zero and thus the bias current can be diverted. Since the in 4th the embodiment shown, no attenuator is required, the dissipation is negligible.

Die 5 a) zeigt ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Ausgangsspannung der Tieftemperatur-Treiberschaltung 3.The 5 a) shows a diagram of the time profile of the output voltage of the low-temperature driver circuit 3 .

Die 5 b) zeigt ein Diagramm des zeitlichen Stromverlaufs des Stroms I1 46.The 5 b) shows a diagram of the temporal course of the current I 1 46 .

Die 5 c) zeigt ein Diagramm des zeitlichen Stromverlaufs des Stroms I2 47.The 5 c) shows a diagram of the temporal course of the current I 2 47 .

Die 6 zeigt ein Schaltbild einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 mit einer getriggerten Bias-Strom Erzeugung für den supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 mittels Tieftemperatur-Treiberschaltung 3 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der in 6 gezeigten Vorrichtung ist der supraleitenden Einzelphotonendetektor 2 mit der Treiberschaltung 3 kapazitiv über den Koppelkondensator 40 gekoppelt. Die Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors 2 erfolgt bei dieser Schaltung über eine Ausgangsspannung der Treiberschaltung 3, wobei die Ausgangsspannung zeitlich vorgegebene Bereiche besitzt, die definierte Verschiebströme 60 erzeugt. Die von einzelnen Photonen ausgelösten Zählereignisse werden am Ausgang 7 mit dem Abschlusswiderstand 61 detektiert.The 6th shows a circuit diagram of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector 2 with a triggered bias current generation for the superconducting single photon detector 2 by means of low temperature driver circuit 3 according to a fourth embodiment of the invention. At the in 6th The device shown is the superconducting single photon detector 2 with the driver circuit 3 capacitive via the coupling capacitor 40 coupled. The control of the superconducting single photon detector 2 takes place in this circuit via an output voltage of the driver circuit 3 , whereby the output voltage has temporally predetermined ranges, the defined displacement currents 60 generated. The counting events triggered by individual photons are shown at the output 7th with the terminating resistor 61 detected.

In 7 a) ist der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung der Treiberschaltung 3 gezeigt. In den Bereichen in denen die Spannung konstant verläuft, befindet sich der supraleitende Einzelphotonendetektor 2 im Aus-Zustand. In den abfallenden und ansteigenden Bereichen des Spannungsverlaufs ergibt sich über die Ableitung der Spannung über die Zeit die in 7 b) gezeigten Verschiebeströme 60. Durch die Verschiebeströme 60 wird der supraleitende Einzelphotonendetektor 2 in den detektierenden Zustand geschaltet und es sind Messungen der Zählrate des Detektors möglich.In 7 a) is the time course of the output voltage of the driver circuit 3 shown. The superconducting single photon detector is located in the areas where the voltage is constant 2 in the off state. In the falling and rising areas of the voltage curve, the derivation of the voltage over time results in in 7 b) displacement currents shown 60 . Through the shift currents 60 becomes the superconducting single photon detector 2 switched to the detecting state and measurements of the count rate of the detector are possible.

In 8 ist ein Schaltbild der Verwendung einer Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors 86 bei der Laser-Streulicht Unterdrückung in der Zeitdomäne durch ultraschnelles (≈30 ps), getriggertes Bias-Gating bei der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie gezeigt. Supraleitende Einzelphotonendetektor 86 eignen sich sehr gut für Messungen bei der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie. Bei der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie wird ein Atom, Molekül oder Stoff mit einem Laserstrahl 88 beleuchtet, dessen Licht eine Frequenz aus dem Absorptionsbereich des Stoffs hat, so resultiert aus der Laseranregung eine Fluoreszenz. Die in 8 gezeigte Vorrichtung umfasst somit einen Laser 80 zur Aussendung von Laserpulsen 88. Die Laserpulse 88 werden mittels eines ersten Strahlteilers 81 in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, ein erster Teilstrahl trifft auf einen Photodetektor 82, der ein elektrisches Triggersignal 85 bereitstellt. Dieses Triggersignal 85 wird für das getriggerte Bias-Gating eines supraleitenden Einzelphotonendetektors 86 verwendet. Die für das getriggerte Bias-Gating benötigte Treiberschaltung und der supraleitende Einzelphotonendetektor 86 sind dabei gemeinsam in einem Tieftemperaturbereich angeordnet, wobei der Tieftemperaturbereich ein Bereich ist, der eine für die Supraleitung geeignete Temperatur aufweist.In 8th is a circuit diagram of the use of a device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector 86 shown for laser scattered light suppression in the time domain by ultra-fast (≈30 ps), triggered bias gating in laser-induced fluorescence spectroscopy. Superconducting single photon detector 86 are very suitable for measurements in laser-induced fluorescence spectroscopy. In laser-induced fluorescence spectroscopy, an atom, molecule or substance is exposed to a laser beam 88 If the light has a frequency from the absorption range of the substance, the laser excitation results in fluorescence. In the 8th The device shown thus comprises a laser 80 for sending laser pulses 88 . The laser pulses 88 are made by means of a first beam splitter 81 divided into two partial beams, a first partial beam hits a photodetector 82 having an electrical trigger signal 85 provides. This trigger signal 85 is used for triggered bias gating of a superconducting single photon detector 86 used. The driver circuit required for the triggered bias gating and the superconducting single photon detector 86 are arranged together in a low-temperature range, the low-temperature range being an area which has a temperature suitable for superconductivity.

Der zweite Teilstrahl wird mittels eines zweiten Strahlteilers 89 auf eine Probe 84 zur Anregung der Lumineszenz gelenkt. Die von der Probe 84 abgestrahlte Lumineszenz wird über Umlenkspiegel 83 dem supraleitenden Einzelphotonendetektor 86 zur Verfügung gestellt und die Signale des supraleitenden Einzelphotonendetektors beispielsweise mittels eines Time-Taggers 87 aufgezeichnet.The second partial beam is generated by means of a second beam splitter 89 on a trial 84 steered to excite the luminescence. The one from the rehearsal 84 Radiated luminescence is generated via deflection mirrors 83 the superconducting single photon detector 86 made available and the signals of the superconducting single photon detector, for example by means of a time tagger 87 recorded.

In 9 ist der zeitliche Verlauf des Laserpulses a), des Bias-Strom Gating des supraleitenden Einzelphotonendetektors 86 b), der Lumineszenz mit Laser-Streulicht c) und die durch den supraleitenden Einzelphotonendetektor 86 gemessenen Lumineszenz d) gezeigt.In 9 is the time course of the laser pulse a), the bias current gating of the superconducting single photon detector 86 b), the luminescence with laser scattered light c) and the superconducting single photon detector 86 measured luminescence d) shown.

9 a) zeigt den Laserpuls 88, der für die Anregung der Lumineszenz auf die Probe 84 eingestrahlt wird. Da dem Laserpuls 88 zuvor mittels eines ersten Strahlteilers 81 und einem Photodetektor 82 ein Triggersignal 85 zugeordnet wurde, wird der supraleitenden Einzelphotonendetektor 86 mittels des Triggersignals von einem detektierenden Zustand in den Aus-Zustand geschaltet. Dies geschieht mittels eines getriggerten Bias-Gating welches in 9 b) gezeigt ist. Während der Einstrahlung des Laserpulses 88 ist der supraleitenden Einzelphotonendetektor 86 in den Aus-Zustand geschaltet. Auf Grund des Laserlichts 88 wird die Probe 84 zur Lumineszenz angeregt. In 9 c) ist die Lumineszenz der Probe 84 sowie Reste des Anregungslichtes 88, das als Laser-Streulicht als Peak im zeitlichen Verlauf der Kurve erkennbar ist, gezeigt. Auf Grund des getriggerten Bias-Strom Gating des supraleitenden Einzelphotonendetektors 86 wird der Bereich in dem es zum ungewollten Laser-Streulicht kommt wirkungsvoll Unterdrückung. Wie in 9 d) gezeigt setzt die Messung der Lumineszenz mittels des supraleitenden Einzelphotonendetektors 86 erst ein, nachdem das Laser-Streulicht bereits abgeklungen ist, wodurch die Unterdrückung des Laser-Streulichts in der Zeitdomäne realisiert wird. 9 a) shows the laser pulse 88 which is responsible for the excitation of the luminescence on the sample 84 is irradiated. Because the laser pulse 88 beforehand by means of a first beam splitter 81 and a photodetector 82 a trigger signal 85 was assigned, is the superconducting single photon detector 86 switched from a detecting state to the off state by means of the trigger signal. This is done by means of a triggered bias gating which is implemented in 9 b) is shown. During the irradiation of the laser pulse 88 is the superconducting single photon detector 86 switched to the off state. Because of the laser light 88 becomes the sample 84 excited to luminescence. In 9 c) is the luminescence of the sample 84 as well as remnants of the excitation light 88 , which is recognizable as laser scattered light as a peak in the course of the curve over time. Due to the triggered bias current gating of the superconducting single photon detector 86 the area in which unwanted laser scattered light occurs is effectively suppressed. As in 9 d) shown is the measurement of luminescence by means of the superconducting single photon detector 86 only on after the laser scattered light has already subsided, whereby the suppression of the laser scattered light in the time domain is realized.

Die dieser Patentanmeldung zu Grunde liegende Erfindung entstand durch Forschungsarbeiten welche vom BMBF durch die Projekte „Q.Link.X“ und „Quantum Futur ISOQC“ gefördert wurden.The invention on which this patent application is based arose from research that was funded by the BMBF through the projects "Q.Link.X" and "Quantum Future ISOQC".

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
TieftemperaturbereichLow temperature range
22
supraleitender Einzelphotonendetektorsuperconducting single photon detector
33
TreiberschaltungDriver circuit
44th
TriggerTrigger
55
Versorgungsspannung TreiberschaltungSupply voltage driver circuit
66th
AbschlusswiderstandTerminating resistor
77th
Ausgangexit
88th
Resistives DämpfungsgliedResistive attenuator
99
Widerstandresistance
1010
Ausgangexit
1111
Ausgangexit
1212
Spannungseingang zur Erzeugung des Bias-Stroms Voltage input for generating the bias current
3030th
unipolarer Ansteuerungsbereichunipolar control range
3131
bipolarer Ansteuerungsbereich bipolar control area
4040
KoppelkondensatorCoupling capacitor
4141
Bias-StromBias current
4242
Spannungseingang zur Erzeugung des Bias-StromsVoltage input for generating the bias current
4343
SerienwiderstandSeries resistance
4444
Kondensator zur HF-EntkopplungCondenser for HF decoupling
4545
Niederohmiger WiderstandLow resistance
4646
Bias-Strom zum DetektorBias current to the detector
4747
Transienter VerschiebestromTransient displacement current
4848
StromknotenPower node
6060
Verschiebestrom I1 Displacement current I 1
6161
Abschlusswiderstand Terminating resistor
8080
ps Laserps laser
8181
erster Strahlteilerfirst beam splitter
8282
MSM PhotodetektorMSM photodetector
8383
UmlenkspiegelDeflection mirror
8484
Lumineszenz-ProbeLuminescent sample
8585
Elektrisches TriggersignalElectrical trigger signal
8686
SSPD mit CMOS GatingSSPD with CMOS gating
8787
Time-TaggerTime tagger
8888
LaserpulsLaser pulse
8989
zweiter Strahlteilersecond beam splitter

Claims (13)

Vorrichtung zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) umfassend: zumindest einen supraleitenden Einzelphotonendetektor (2), zumindest eine Treiberschaltung (3), wobei die Treiberschaltung (3) derart eingerichtet ist, einen getriggerten Bias-Strom für den supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) bereitzustellen, wobei die Vorrichtung derart eingerichtet ist, den supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) und die Treiberschaltung (3) auf eine für die Supraleitung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) geeignete Temperatur zu kühlen.Device for detecting individual light quanta by means of at least one superconducting single photon detector (2) comprising: at least one superconducting single photon detector (2), at least one driver circuit (3), wherein the driver circuit (3) is set up to provide a triggered bias current for the superconducting single photon detector (2), wherein the device is set up to cool the superconducting single photon detector (2) and the driver circuit (3) to a temperature suitable for the superconducting of the superconducting single photon detector (2). Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ankopplung der Treiberschaltung (3) mit dem supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) ohmsch erfolgt.Device according to Claim 1 characterized in that the driver circuit (3) is coupled to the superconducting single photon detector (2) in an ohmic manner. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) mittels der Treiberschaltung (3) unipolar erfolgt.Device according to Claim 2 characterized in that the superconducting single photon detector (2) is controlled unipolar by means of the driver circuit (3). Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) mittels der Treiberschaltung (3) bipolar erfolgt.Device according to Claim 2 characterized in that the superconducting single photon detector (2) is controlled bipolar by means of the driver circuit (3). Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Ankopplung der Treiberschaltung (3) mit dem supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) kapazitiv erfolgt.Device according to Claim 1 characterized in that the driver circuit (3) is coupled to the superconducting single photon detector (2) capacitively. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung der Treiberschaltung (3) mit dem supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) kapazitiv über einen Stromknoten (48) erfolgt.Device according to Claim 5 characterized in that the driver circuit (3) is coupled to the superconducting single photon detector (2) capacitively via a current node (48). Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (3) und der zumindest eine supraleitende Einzelphotonendetektor (2) auf einem einzelnen integrierten Schaltungschip implementiert sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the driver circuit (3) and the at least one superconducting single photon detector (2) are implemented on a single integrated circuit chip. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (3) eine CMOS-Treiberschaltung ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the driver circuit (3) is a CMOS driver circuit. Verfahren zum Erfassen von einzelnen Lichtquanten mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit folgenden Schritten: - Bereitstellen zumindest eines supraleitenden Einzelphotonendetektors (2), - Bereitstellen zumindest einer Treiberschaltung (3), - Kühlung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) und der Treiberschaltung (3) auf eine für die Supraleitung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) geeignete Temperatur, - Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) mittels der Treiberschaltung (3), wobei die Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) getriggert erfolgt.Method for detecting individual light quanta by means of a device according to one of the Claims 1 to 8th with the following steps: - providing at least one superconducting single photon detector (2), - providing at least one driver circuit (3), - cooling the superconducting single photon detector (2) and the driver circuit (3) to a temperature suitable for superconducting the superconducting single photon detector (2) - energization of the superconducting single photon detector (2) by means of the driver circuit (3), the energization of the superconducting single photon detector (2) being triggered. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) zeitlich synchron zur Taktung der Vorrichtung erfolgt.Procedure according to Claim 8 characterized in that the step of energizing the superconducting single photon detector (2) takes place synchronously with the timing of the device. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) als Reaktion auf ein externes Ereignis erfolgt.Procedure according to Claim 8 characterized in that the step of energizing the superconducting single photon detector (2) takes place in response to an external event. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass die Ankopplung zwischen dem supraleitenden Einzelphotonendetektor (2) und der Treiberschaltung (3) kapazitiv erfolgt, wobei der Schritt der Bestromung des supraleitenden Einzelphotonendetektors (2) mittels der Treiberschaltung (3) eine Bestromung mittels Verschiebeströmen enthält.Method according to one of the Claims 9 to 11 characterized in that the coupling between the superconducting single photon detector (2) and the driver circuit (3) takes place capacitively, the step of energizing the superconducting single photon detector (2) by means of the driver circuit (3) includes energization by means of displacement currents. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie.Use of the device according to one of the Claims 1 to 8th in laser-induced fluorescence spectroscopy.
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