Betere telecommunicatie door supergeleidende detectoren

Lichtdetectoren kunnen afzonderlijke lichtdeeltjes – fotonen – waarnemen. Supergeleidende detectoren zijn speciaal geschikt voor dit doeleinde, omdat ze snel en betrouwbaar reageren op binnenkomend licht. Deze detectoren zijn de afgelopen jaren dan ook erg populair geworden, zowel in de wetenschap als in technologische toepassingen. Het probleem is echter dat de detectoren niet ieder foton dat binnenkomt, ook daadwerkelijk waarnemen. Tot nu toe was onduidelijk waarom dat zo is.

De onderzoekers hebben nu vastgesteld wat deze beperking veroorzaakt: bepaalde delen van de detector zijn minder goed in het waarnemen van lichtdeeltjes dan andere. Als een foton deze minder gevoelige plekken raakt, is de kans aanwezig dat de detector het deeltje niet waarneemt.

Nanodraad

In de lichtdetector zit een platte nanodraad, van zo’n 5 miljardste van een meter dik, en 100 miljardste van een meter breed. Deze draad zit heel precies opgevouwen, zodat hij een nauw opeengepakt, slingerend patroon vormt. Als een foton de draad raakt, ontstaat er plaatselijk een kleine spanningspiek die de detector razendsnel opmerkt. De onderzoekers ontdekten dat de randen van de draad gemakkelijker een foton detecteren dan het midden. Dat komt omdat er zich een klein draaikolkje van elektrische stroom moet vormen aan de rand van de draad, voordat detectie mogelijk is. Als het foton direct op de plek valt waar dit moet gebeuren, is het proces efficiënter dan als het foton ergens anders valt.

Belichtingstechniek

Het onderzoeksteam kwam tot deze conclusie door het oppervlak van de detector af te scannen met een speciaal voor dit onderzoek ontwikkelde belichtingstechniek. Zij belichtten de detector met twee verschillende soorten licht (polarisaties). Vervolgens trokken ze de resultaten van deze twee metingen van elkaar af. Zo ontstaat een beeld met een veel hoger contrast dan gebruikelijk, waardoor de onderzoekers details waar kunnen nemen die eerder niet te zien waren.

Het onderzoek is uitgevoerd als onderdeel van het FOM-programma ‘Nanoscale Quantum Optics’.

Position-Dependent Local Detection Efficiency in a Nanowire Superconducting Single-Photon Detector, Nano Letters . DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01103.