ACHETER
UN Détecteur de photons supraconducteur
Figure 1-b ). Cette transition de phase génère une impulsion électrique qui est ensuite mesurable . En effet , la région de détection devient résistive et un courant induit est détecté par des électrodes placées à chaque extrémité du nanofilament en méandres . C ’ est ce signal qui indique qu ' un photon a été détecté . Pour éviter que la perturbation persiste trop longtemps et affecte les détections suivantes , le détecteur est souvent réinitialisé par un courant dit de rétablissement ( Figure 1-c ) pour ensuite revenir à son état initial supraconducteur ( Figure 1-a ) et être à nouveau prêt à l ’ emploi . Les SNSPDs les plus courants sont fait à base de matériaux de nitrures de titane ( NbN ) mais d ’ autres matériaux sont étudiés / utilisés à base de MgB2 , WSi , MoGe ou encore à base de matériaux cuprates avec l ’ espoir dans ce cas de travailler à des températures au-dessus de 77 K pour utiliser un refroidissement à base d ’ azote plutôt que d ’ hélium . Cependant les SNSPDs à base de NbN restent les plus performants pour le moment et sur le marché actuel . De même , il est à garder en tête que la fabrication de tels détecteurs nécessite des moyens de nanofabrication et de déposition de couches minces importants pour avoir une bonne qualité de dépôts de matériaux et ensuite un détecteur bien fabriqué , très souvent par des techniques de lithographie optique ou électronique , à base d ’ un faisceau d ’ électrons de résines photo ou électro-sensibles .
PARAMÈTRES PERTINENTS Les détecteurs SNSPD se sont rapidement développés en raison de leurs spécifications uniques par rapport aux autres types de détecteur supraconducteurs ( tels que les TES par exemple , nécessitant des températures sub-kelvin ) ou encore par rapport aux photodiodes à avalanches ( Single-Photon Avalanche Diode ou SPAD ). Ces paramètres principaux sont : une grande efficacité de détection , donc un rendement de détection très élevé , souvent supérieur à 90 % pour des photons visibles ou proches infrarouges , cela veut donc dire sur une large gamme spectrale également ; un temps de réponse ultra-court , de l ’ ordre de quelques dizaines de picosecondes , ce qui les rend adaptés à des applications nécessitant une détection de photons à des fréquences élevées et un faible bruit de fond ( darkcount en anglais ), ce qui leur permet de détecter un photon unique bien séparé électriquement du bruit électrique existant . Le tableau 1 présente les différents paramètres pertinents pour ces SNSPDs . Il est à noter que parmi les paramètres pertinents de ce tableau , la très bonne efficacité de détection dans les longueurs d ’ ondes télécom , à savoir dans les gammes autour de 1300 nm et de 1550 nm , est crucial pour la détection de photons uniques à ces longueurs d ’ ondes qui sont celles des communications actuelles par fibres optiques . Pour des applications notamment en communications quantiques , comme nous le verrons au paragraphe suivant , c ’ est un paramètre important en particulier lorsque celui-ci est couplé à une gigue temporelle très faible et donc des temps de détection très courts pour des hauts débits , nécessaires en communications optiques en général . On notera également que le tableau 1 donne les valeurs typiques mais il faut garder en tête que ce domaine fait toujours l ’ objet d ’ importantes recherches et que certains détecteurs SNSPD ont démontré qu ’ ils pouvaient détecter jusqu ’ à 10 µ m ou encore que le taux de coups d ’ obscurité pouvait être de moins de 1 cps sur une heure de détection . Enfin , on notera également les efforts qui sont déployés pour réaliser des capteurs imageurs SNSPD avec des détecteurs multi-pixels . Il est à noter un paramètre important qui est la possibilité pour un détecteur de mesures plusieurs photons à la fois , d ’ être en capacité de discriminer la détection de 1 , 2 , 3 photons ou plus . Aucun détecteur n ’ est pour le moment en capacité de le faire de façon efficace et l ’ idée d ’ une détection multi-pixel avec notamment plusieurs méandres de nanofils entrelacés est de pouvoir effectuer une mesure du nombre de photons en jouant sur les probabilités de détection et avec une information sur l ’ amplitude du signal électrique généré et détecté par le SNSPD . La Figure 2 est une photographie de la structure typique en méandres d ’ un détecteur SNSPD . Sur cet exemple , les dimensions sont de 50 nm pour le diamètre du nanofils à base de NbN , pour une longueur totale de plusieurs
Tableau 1 . Principaux paramètres et caractéristiques pertinentes d ’ un détecteur SNSPD .
PARAMÈTRES PERTINENTS Température d ’ opération Gamme spectrale
VALEURS TYPIQUES 0,5 à 3 K 400 à 2000 nm Surface de détection 10 × 10 µ m 2 Taux de coups d ’ obscurité ( cps )* Gigue temporelle + Efficacité quantique de détection x Multi-pixels
~ 100 à 400 cps 40 à 200 ps > 90 % à 1550 nm 4 à 28 nanofils entrelacés
* Taux de coups d ’ obscurité ou darkcounts en coups / seconde ou cps : bruit détecté intrinsèque du détecteur , sans lumière , dans le ‘ noir ’
+
Gigue temporelle ou time jitter en ps ou ns : largeur typique des impulsions électriques sortantes du détecteur , définissant la résolution temporelle du détecteur
x
Efficacité quantique ou quantum efficiency : taux de conversion d ’ un photon en photo-électron qui se traduit dans le courant de sortie
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