Single photon detector technologies have emerged as powerful tools in optical quantum information applications such as quantum communication, quantum information, and integrated quantum photonics. Owing to significant attempts in the previous decade at improving photon-counting detectors, several single photon detectors with high efficiency and low noise have been realized within the optical wavelength regime. In this paper, we provide an overview of current studies on single photon detectors operating at wavelengths from the ultraviolet to the infrared. In addition, we discuss applications of single photon detector technologies in quantum communication and integrated quantum photonics.
A single molecule detection system, which consists of confocal fluorescence microscope and single photon counter, has been used to observe the dye concentration dependence of photon counting rate. With increasing concentration, a saturation effect of counting is observed and demonstrated on the basis of the dead time of photon detector. The equations presented here show the relations between the counting rate and some parameters such as probe volume, quantum efficiency of detector, and fluorescence photon number entered onto detector. The signal-to-noise ratio is also discussed briefly.
Bias current dependence of a superconducting strip photon detector is studied in the wavelength range of 405 to 1310 nm. The detector is made of an $MgB_2$ meander pattern with the line width of 135 nm and thickness of 10 nm. At 1310 nm, the detection efficiency exponentially decreases as the bias current decreases. While at 405 nm, the detection efficiency almost saturates in the high bias current region. These features suggest that the intrinsic detection efficiency of the $MgB_2$ detector is high at 405 nm.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2003.11a
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pp.427-430
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2003
The properties of digital X-ray detectors depend on the absorption extent of X-rays, the generated signal of each X-ray photon and the distribution of the generated signal between pixels. In digital X-ray detector with single layer, signal is generated by X-ray photon captured in photoconductor. In X-ray detector with multi structure that scintillator formed above the top of photoconductor, signal is generated both by X-ray photon captured each in scintillator and photoconductor. X-ray detector with multi structure is generated more signal than single layer detector. In this paper, we simulated absorption fraction of X-ray detector with multi-layer using Monte Carlo program. The results compared with single-layer detector to be formed scinillator or photoconductor.
We report an effect of photon pairs on single-photon detection rates, while Hong-Ou-Handel's two-photon interference experiment is performed with photons produced in noncollinear type-I parametric down-conversion. Photon pairing behavior or spatial bunching is measured and shown to cause a decrease in the single photon counting rate. Such a dip is found to result from the fact that the single-photon timing resolution of photodetectors is much longer compared to the time interval between the two photons incident on the single-photon detector.
Kim, Ho Chul;Kim, Hee-Joung;Kim, Kyuseok;Lee, Min-Hee;Lee, Youngjin
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.4
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pp.776-780
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2017
To avoid imaging artifacts and interpretation mistakes, an improvement of the uniformity in gamma camera systems is a very important point. We can expect excellent uniformity using cadmium zinc telluride (CZT) photon counting detector (PCD) because of the direct conversion of the gamma rays energy into electrons. In addition, the uniformity performance such as integral uniformity (IU), differential uniformity (DU), scatter fraction (SF), and contrast-to-noise ratio (CNR) varies according to the energy window setting. In this study, we compared a PCD and conventional scintillation detector with respect to the energy windows (5%, 10%, 15%, and 20%) using a $^{99m}Tc$ gamma source with a Geant4 Application for Tomography Emission simulation tool. The gamma camera systems used in this work are a CZT PCD and NaI(Tl) conventional scintillation detector with a 1-mm thickness. According to the results, although the IU and DU results were improved with the energy window, the SF and CNR results deteriorated with the energy window. In particular, the uniformity for the PCD was higher than that of the conventional scintillation detector in all cases. In conclusion, our results demonstrated that the uniformity of the CZT PCD was higher than that of the conventional scintillation detector.
Seo, Jung-Ho;Lim, Hyun-Woo;Park, Jin-Goo;Huh, Young;Jeon, Sung-Chea;Kim, Bong-Hui
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.06a
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pp.32-32
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2008
X-ray detector는 의료용, 산업용 등 다양한 분야에서 사용되어지고 있으며 기존의 Analog X-ray 방식의 환경오염, 저장공간 부족, 실시간 분석의 어려움 등의 문제점들을 해결하기 위하여 Digital X-ray로의 전환과 연구가 활발하며 이에 따른 관심도 높아지고 있는 살점이다. Digital X-ray detector는 p-영역과 n-영역 사이에 아무런 불순물을 도핑하지 않은 진성반도체(intrinsic semiconductor) 층을 접합시킨 이종접합 PIN 구조의 photodiode 이다. 이 소자는 역바이어스를 가해주면 p영역과 n영역 사이에서 캐리어 (carrier)가 존재하지 않는 공핍 영역이 발생하게 된다. 이런 공핍 영역에서 광흡수가 일어나면, 전자-정공 쌍이 발생한다. 그리고, 발생한 전자-정공 쌍에 전압이 역방향으로 인가되는 경우, 전자는 양의 전극으로 이동하고, 정공은 음의 전극으로 이동한다. 이와 같이, 발생한 캐리어들을 검출하여 전기적인 신호로 변환 시킨다. 고해상도의 Digital X-ray detector를 만들기 위해서는 누설전류에 의한 noise 감소와 소자의 높은 안정성과 내구성을 위한 높은 breakdown voltage를 가져야 한다. 본 연구에서는 Digital X-ray detector의 leakage current 감소와 breakdown voltage를 높이기 위하여 guradring과 gettering technology를 사용하여 전기적 특성을 분석하였다. 기판으로는 $10k\Omega{\cdot}cm$ resistivity를 갖으며, n-type <111>인 1mm 두께의 4인치 Si wafer를 사용하였다. 그리고 pixel pitch는 $100{\mu}m$이며 active area는 $80{\mu}m{\times}80{\mu}m$인 $32\times32$ array를 형성하여 X-ray를 조사하여 소자의 특성을 평가 하였다.
Superconducting nanowire single photon detectors (SNSPD) have become the most competent photon-counting devices in wide range of wavelengths. Especially in the communication wavelength (infrared), SNSPD has shown unbeatable superior performance compared to the state-of-art semiconductor single photon detectors. The technology has matured enough for the last decade so that several commercial systems are now almost ready for routine use in general optics experiments. Here we summarize briefly the recent progress in this research field, and hope to motivate further research on the improvement of the device and the system. We cover the basic key concepts, device and system performances, remaining issues and possible further research directions of SNSPD.
Proceedings of the Optical Society of Korea Conference
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2009.10a
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pp.165-166
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2009
A hologram was recorded with two-dimensional scanning of an optical fiber connected to a single-photon counting detector under ultra-weak illumination. The object image was clearly reconstructed in a computer from the hologram. The dependence of hologram quality on the illumination light intensity was estimated.
Kim, Heon-Oh;Youn, Chun-Ju;Cho, Seok-Beom;Kim, Yong-Soo
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.22
no.5
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pp.223-229
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2011
We present a low jitter frequency up-conversion detector based on quasi-phase matched sum frequency generation in a periodically poled $LiNbO_3$ waveguide for efficient single-photon detection at 1.5 ${\mu}m$ telecommunication wavelengths. The maximum detection efficiency and the noise count rate using the pump power of 300 mW and the pump wavelength of 974 nm are about 7% and 480 kHz, respectively. We also characterize the timing jitter of the frequency up-conversion detector by analyzing the time distribution of the detection outputs for photons generated through a picosecond pump pulsed spontaneous parametric downconversion. The minimum timing jitter was measured to be about 39.1 ps. Coincidence measurement with a narrow time window for pulsed up-conversion photons can eliminate the unwanted noise counts and maximize signal to noise ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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