METROLOGICAL EVALUATION OF THE INFLUENCE OF THE GATE WIDTH OF A SINGLEPHOTON DETECTOR BY OPTICAL ATTENUATION

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR PROGRAMA DE SUPORTE À PÓS-GRADUAÇÃO DE INSTITUIÇÕES COMUNITÁRIAS DE ENSINO PARTICULARES Detectores de fótons únicos baseados em fotodiodos de avalanche (SPADs) são essenciais em aplicações que requerem alta resolução, como comunicações quânticas e metrologia quântica. O efeito da largura de janela de detecção temporal de fótons é pouco explorado, e não há estudos para a faixa de comprimentos de onda de interesse em telecomunicações em torno de: 1550 nm. Neste trabalho, apresenta-se uma proposta para análise de impacto da largura de janela de detecção de um SPAD de InGaAs/InP, realizando uma análise da estatística entre detecções consecutivas e da probabilidade de detecção de 0 ou 1 evento em função da atenuação óptica. Variou-se o número médio de fótons por janela medido pelo SPAD, e os resultados foram avaliados para os valores de 4 ns, 8 ns, 12 ns, 16 ns e 20 ns de largura de janela de detecção, sendo estimada a Incerteza de Medição Expandida para cada ensaio. Os resultados obtidos indicam uma faixa adequada de potência óptica para calibração de um SPAD com eficiência de detecção de 15 porcento e um tempo morto de 1 microssegundo, no intervalo de 10 nW a 0,15 nW. Nesta faixa de potência, os respectivos produtos associados ao efetivo número médio de fótons por janela de detecção correspondem aos valores de 190 x 10-(4) a 0,32 x 10(-4) (para 4 ns) e 140 x 10(-4) a 2,9 x 10(-4) (para 8 ns). Foram obtidos comportamentos lineares para os ajustes das curvas de calibração para larguras de janela de 4 ns e 8 ns. Single photon detectors based on avalanche photodiodes (SPADs) are essential in applications that require high resolution, such as quantum communications and quantum metrology. The effect of the width of photon detection gate is little explored, and there are no studies for the wavelength range of interest in telecommunications around 1550 nm. In this work, a proposal is presented for analyzing the impact of the detection gate width of an InGaAs/InP SPAD, performing a statistical analysis of consecutive detections and the probability detection of 0 or 1 events depending on the optical attenuation. The average number of photons per gate measured by the SPAD was varied, and the results were evaluated for the values of 4 ns, 8 ns, 12 ns, 16 ns and 20 ns of detection gate widths, and Expanded Measurement Uncertainty was estimated for each test. The results obtained indicate an adequate optical power range for calibrating a SPAD with a detection efficiency of 15 percent and dead – time of 1 microssecond, in the range of 10 nW to 0,15 nW. In this power range, the respective products, which are associated with an effective average number of photons per gate window, correspond to the values of 190 x 10(-4) to 0,32 x 10(-4) (for 4 ns) e 140 x 10(-4) to 2,9 x 10(-4) (for 8 ns). Linear behaviors were obtained for the adjustment of the calibration curves for gate widths of 4 ns and 8 ns.