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UN Détecteur de photons supraconducteur
DÉTECTEUR DE PHOTONS SUPRACONDUCTEUR
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Christophe COUTEAU *
Laboratoire Lumière , nanomatériaux & nanotechnologies-L2n , Université de Technologie de Troyes-UTT & CNRS UMR7076 , Troyes , France Département de Physique , Université d ’ Oxford , Oxford , Royaume-Uni * christophe . couteau @ utt . fr
https :// doi . org / 10.1051 / photon / 202513060
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Un photon est la limite ultime mesurable de la lumière et demande par conséquent des détecteurs spécifiques à photons uniques . L ’ optique quantique et la photonique quantique sont des sous-domaines spécifiques de la physique qui nécessitent la création , la manipulation et la détection de photons uniques . Nous allons aborder plus spécifiquement la partie détection de photons uniques à base de technologies supraconductrices , et verrons quels sont les paramètres importants et quelles sont les applications qui en découlent .
La mesure d ’ un photon unique correspond à la mesure d ’ un flux de lumière inférieur au fW soit plus de 12 ordres de grandeur par rapport à l ’ émission typique d ’ un pointeur laser de l ’ ordre du mW . Sans surprise , les détecteurs ‘ standards ’ de lumière ne sont pas en capacité de détecter ce niveau de signal qui sera perdu dans le bruit intrinsèque de tout détecteur de lumière tel qu ’ une photodiode en silicium ou une thermopile . Il est donc nécessaire de développer des capteurs spécifiques et optimisés pour la détection de très faible niveau de lumière jusqu ’ à la limite ultime du photon unique ( limite ultime dans le sens où un photon est insécable ). Nous allons aborder dans cet article un type spécifique de détecteurs à photons uniques basé sur des technologies nécessitant des matériaux supraconducteurs où nous commencerons par donner le principe de fonctionnement , les paramètres pertinents pour un tel capteur puis nous aborderons les champs d ’ applications avant de conclure .
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Il existe différents types de technologies de détecteurs à photons uniques notamment à base de matériaux semi-conducteurs tels que des photodiodes à avalanches mais encore les photomultiplicateurs basés sur l ’ effet photoélectrique . Dans tous les cas , ce transducteur / capteur / détecteur est un appareil de mesure qui va transformer un signal optique ( jusqu ’ au minimum détectable , le photon ) en signal électrique qui sera enfin lu et analysé par un circuit électronique doté d ’ une interface informatique . Historiquement , les besoins en détection de faibles signaux de lumière étaient en astronomie et notamment dans les domaines proche et moyen infra-rouge . Les détecteurs à base de matériaux supraconducteurs ont alors été développé à base de jonction tunnel supraconductrice ou encore les capteurs à transition de bord ( transition edge sensor ou TES en anglais ). En 2001 , une nouvelle génération de détecteurs de lumière est apparue à base de matériaux supraconducteurs [ 1 ]. Le principe de fonctionnement est l ’ apparition d ’ un ‘ point chaud ’, mesurable électriquement , lorsqu ’ un photon unique est absorbé par le matériau . Ce détecteur sur lequel se focalise cet article est appelé un détecteur à photon unique à base de nanofil supraconducteur
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