[論文レビュー] Full-response characterization of afterpulsing in single-photon detectors

D. B. Horoshko, V. N. Chizhevsky+1 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2014

Quantum Information and Cryptography参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、自由走行シリコン単一光子検出器におけるアフターパルスのフルレスポンス特性を、アフターパルス待機時間分布を指数関数の和と一様密度を有する連続極限にフィットさせることで提示する。連続極限は、全応答関数にわたり優れたフィットを提供し、複数の離散的指数関数よりも物理的に意味のあるモデルである。

ABSTRACT

We have performed a statistical characterization of the effect of afterpulsing in a free-running silicon single-photon detector by measuring the distribution of afterpulse waiting times in response to pulsed illumination and fitting it by a sum of exponentials. We show that a high degree of goodness of fit can be obtained for 5 exponentials, but the physical meaning of estimated characteristic times is dubious. We show that a continuous limit of the sum of exponentials with a uniform density between the limiting times gives excellent fitting results in the full range of the detector response function.

研究の動機と目的

• 自由走行シリコン単一光子検出器におけるアフターパルスを統計的に特徴づけること。
• 測定されたアフターパルス待機時間分布に、指数関数の和か連続極限のどちらがより良いフィットを提供するかを特定すること。
• 指数関数フィットから得られる特徴的時間定数の物理的解釈可能性を評価すること。
• 単一光子検出器のアフターパルス応答をより正確かつ物理的に意味のあるモデルとして開発すること。

提案手法

• パルス照射を用いて単一光子イベントをトリガーし、アフターパルス待機時間を記録した。
• 待機時間分布を5つの指数関数の和を用いてフィッティングした。
• 指数関数の和を最小および最大の特徴的時間の間の均一密度関数としてモデル化することで、連続極限を導出した。
• 全検出器応答関数にわたりフィットの良さを評価した。
• フィットの質と物理的妥当性の観点から、連続極限と離散的指数関数の和を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 自由走行シリコン単一光子検出器におけるアフターパルス待機時間分布に、5つの指数関数の和が良好なフィットを提供できるか。
• RQ2 指数関数フィットから得られる特徴的時間定数は、明確な物理的意味を持つのか。
• RQ3 限定時間の間で一様密度を有する指数関数の和の連続極限は、優れたフィッティング性能と物理的解釈可能性を提供するか。
• RQ4 全応答関数にわたり、連続極限は離散的指数関数フィッティングと比較してどのように異なるか。

主な発見

• 5つの指数関数の和は、測定されたアフターパルス待機時間分布に対して高いフィット度を示した。
• 5つの指数関数フィットにおける個々の特徴的時間定数の物理的解釈は、疑わしいとされた。
• 限定時間の間で一様密度を有する指数関数の和の連続極限は、検出器応答関数の全範囲にわたり優れたフィッティング結果を示した。
• 連続極限モデルは、高いフィッティング精度を維持しながら、物理的妥当性において離散的指数関数モデルを上回った。