Projektbeschreibung
Kommerzialisierung effizienter Einzelphotonen-Detektoren für Telekommunikationsanwendungen steht unmittelbar bevor
Das Senden und Empfangen von Quanteninformationen über weite Strecken hinweg und unter Verwendung von Einzelphotonen, die für die Telekommunikation geeignete Wellenlängen aufweisen, wird zu Innovationen bei Fernerkundungsanwendungen sowie bei der Verarbeitung von Quanteninformationen führen. Das EU-finanzierte Projekt NP-SPAD strebt an, einen Entwurf für eine Vorrichtung zu entwickeln, die den aus Halbleitermaterialien bestehenden Einzelphoton-Avalanche-Dioden zum Durchbruch verhelfen soll und mit einer Wellenlänge von 1,55 µm arbeitet. Ziel ist es, die Photonen-Detektionseffizienz um 20 % zu steigern und die Dunkelzählrate im Vergleich zu den kommerziell erhältlichen Geiger-Mode-Avalanche-Photodioden wesentlich zu senken. Gelingt dies, wird das Projekt die Entwicklung und Kommerzialisierung von hochleistungsfähigen halbleiterbasierten Einzelphoton-Avalanche-Dioden beträchtlich fördern und die EU zum Vorreiter für modernste Technologie im Bereich Einzelphotonendetektion machen.
Ziel
High efficiency detection of single photons at telecommunication wavelengths (notably at 1.55 µm) is critical for emerging technologies, such as free-space and on-fiber quantum information processing, eye-safe and long-distance light detection and ranging (LiDAR), and highly sensitive remote sensing. This research project aims to meet this critical need by developing III-V nanopillar-based uncooled single-photon avalanche diodes (NP-SPADs), which are composed of nanostructured InAsP-InP Geiger-mode avalanche photodiodes (GmAPDs) with self-assembled plasmonic gratings, operating at 1.55 µm. Compared with commercially available InGaAs(P)-InP GmAPDs, the proposed device scheme significantly suppresses thermally generated carriers and trap state population by a factor of 20 to 100 due to the extremely small fill factor of nanopillar arrays (less than 5%). All the while, sufficient optical absorption is maintained via surface plasmon resonance by the plasmonic gratings. The sum combination of these unique capabilities offers the promise of achieving NP-SPADs with free-running mode operation, high photon detection efficiency (PDE; probability of detecting a single photon) of 10 – 20%, low dark count rate (DCR; rate of false detection) of ~50 Hz, and high photon count rate ≥5 MHz. If successful, this approach can drastically stimulate the development and commercialization of high performance semiconductor-based NP-SPADs, putting European Union (EU) at the forefront of cutting-edge technology in single photon detection.
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologyenvironmental engineeringremote sensing
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwarequantum computers
- natural sciencesmathematicspure mathematicsmathematical analysisdifferential equationspartial differential equations
- natural sciencesphysical sciencestheoretical physicsparticle physicsphotons
Programm/Programme
Thema/Themen
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Vereinigtes Königreich