[论文解读] 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 4

一句话总结

本文通过将后脉冲等待时间分布拟合为多个指数函数之和与具有均匀密度的连续极限，实现了对自由运行硅单光子探测器中后脉冲效应的完整响应表征。连续极限在全响应函数范围内提供了极佳的拟合效果，相较于多个离散指数函数，其物理意义更加明确。

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.

研究动机与目标

• 对自由运行硅单光子探测器中的后脉冲效应进行统计表征。
• 确定指数函数之和与连续极限中哪一种能更好地拟合实测的后脉冲等待时间分布。
• 评估由指数拟合得出的特征时间的物理可解释性。
• 为单光子探测器开发一种更精确且具有明确物理意义的后脉冲响应模型。

提出的方法

• 采用脉冲光照触发单光子事件并记录后脉冲等待时间。
• 使用五个指数函数的和对等待时间分布进行拟合。
• 通过将指数函数之和建模为最小与最大特征时间之间的均匀密度函数，推导出连续极限。
• 在探测器全响应函数范围内评估拟合优度。
• 从拟合质量与物理合理性两方面，将连续极限与离散指数函数之和进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 五个指数函数的和能否为自由运行硅单光子探测器中的后脉冲等待时间分布提供良好拟合？
• RQ2 由指数拟合得出的特征时间是否具有明确的物理意义？
• RQ3 在极限时间之间具有均匀密度的指数函数之和的连续极限是否能提供更优的拟合性能与更高的物理可解释性？
• RQ4 在全响应函数范围内，连续极限与离散指数拟合相比表现如何？

主要发现

• 五个指数函数的和对实测后脉冲等待时间分布提供了极高的拟合优度。
• 五个指数函数拟合中各特征时间的物理解释存在疑问。
• 在极限时间之间具有均匀密度的指数函数之和的连续极限，在探测器全响应函数范围内均提供了极佳的拟合结果。
• 连续极限模型在保持高拟合精度的同时，物理合理性优于离散指数模型。