Video zum Thema
Wir haben ebenfalls ein Video produziert, dieses ist allerdings nur auf Englisch verfügbar.
Optische Auslesetechnik bei tiefkalten Temperaturen
Supraleitende Einzelphotonendetektoren sind einer der elementaren Elemente für Quantenkommunikation geworden. Diese Detektoren erreichen Detektionseffizienzen über 90%, generieren schnelle Schaltsignale und weisen ein geringes Dunkelrauschen auf. Allerdings müssen diese Detektoren bei tiefkalten Temperaturen betrieben werden.
Diese tiefen Temperaturen werden innerhalb von Kryostaten erreicht. Um die Detektionssignale in die Kryostaten zur Ausleseelektronik zu leiten, werden schnelle Datenkabel (Koaxialkabel) verwendet. Allerdings haben diese Kabel eine hohe Wärmelast, sodass wir nur eine geringe Anzahl von Detektoren in einem Kryostaten betreiben können.
Wir haben als Alternative eine optische Verkabelung entwickelt, die die Energie und Daten mit Glasfasern in dem Kryostaten leitet. Dieser Prototyp zeigt, dass wir eine signifikant geringere Wärmelast bei kryogenen Temperaturen haben und somit wesentlich mehr Detektoren innerhalb von einem Kryostaten betreiben können.
Um die Betriebsleistung für die Detektoren bereitzustellen, schicken wir Licht durch eine Glasfaser, die das Licht in den Betriebsstrom umwandelt. Die elektrischen Detektionssignale des Detektors werden mit einem optischen Modulator in optische Signale umgewandelt. Außerhalb des Kryostaten können dann die Detektionssignale weiterverarbeitet werden.
In einer weiteren Veröffentlichung zeigen wir, dass die Einzelphotonendetektoren auch mit einem Laser ausgelesen werden kann. Dazu werden die elektronischen Detektionssignale in optische Signale mit einer Laserdiode umgewandelt. Diese Technik weist eine wesentlich höhere Signalgeschwindigkeit auf.
Publikationen zu diesem Thema
Opto-electronic bias of a superconducting nanowire single photon detector using a cryogenic photodiode
F. Thiele, T. Hummel, M. Protte, T. Bartley, APL Photonics 7 (2022).
All optical operation of a superconducting photonic interface
F. Thiele, T. Hummel, A.N. McCaughan, J. Brockmeier, M. Protte, V. Quiring, S. Lengeling, C. Eigner, C. Silberhorn, T. Bartley, Optics Express 31 (2023).
Optical Bias and Cryogenic Laser Readout of a Multipixel Superconducting Nanowire Single Photon Detector
F. Thiele, N. Lamberty, T. Hummel, T. Bartley, ArXiv:2403.14276 (2024).
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