KIP-Veröffentlichungen

In dieser Arbeit wird die Entwicklung, Charakterisierung und Nutzen von GHz-Bandbreite auslese Elektronik für supraleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektore (SNSPDs) vorgestellt. Die entwickelte Ausleseelektronik basiert auf drei separaten Leiterplatte die über eine Micro-Koaxialkabel verbunden. Die Chip-Holder und thermal anchoring Leiterplatten sind rein passiv. Nur das Auslese-PCB erledigt Multiplexing, Verstärkung und ’Biasing’ Aufgaben. Insgesamt können bis zu 30 SNSPDs im System verbunden werden und das Signal von zwei SNSPDs gleichzeitig verstärkt werden. Vermessung der Elektronik hat eine maximale Verstärkung von 50dB und eine Bandbreite von 800MHz gezeigt. Die Übersprechen zwischen verschiedenen Signalen hatte weniger als -30 Dezibel. Die äquivalente Rauschtemperatur der Elektronik wurde auf weniger als 40K gemessen was eine niedrige Zeitunsicherheit mit um die 10ps erlaubt hat. Der Temperaturein?uss auf die supraleitenden Detektoren war minimal. Im Laufe der Tests ist Instabilität für hohe Frequenzen beobachtet wurden und die Bandbreite ist etwas kleiner ausgefallen als erwartet. Dennoch ermöglicht diese Ausleseelektronik hohe Verstärkungen mit niedrigem rauschen, ideal für Quantum Photonik Experimente und die zügige Vermessung von bis zu 30 SNSPDs sollte zukünftige Detektorentwicklung unterstützen. Zukünftige Verbesserungen an dem beschriebenen System könnten Instabilitätsprobleme lösen und die Bandbreite erhöhen. Somit wären Zählraten bis zu 1Gcps möglich und Anwendungen wie Photonzahlau?ösung könnten umgesetzt werden.

This thesis presents the design, characterization and use of a GHz-bandwidth cryogenic read-out solution for superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs). The developed readout methodology uses three separate circuit boards to minimize the thermal load on the setup. The developed parts are a chip-holder PCB, a thermal anchoring bord, and the readout PCB with on board ampli?cation, biasing and multiplexing. A total of 30 SNSPDs can be connected per cooldown and two detectors biased and their signal ampli?ed at the same time. Characterization of the setup showed a maximum gain of 50dB across a 800MHz bandwidth. With isolation of more than 30dB between channels. The equivalent noise temperature of the system was estimated to be below 40K and a low timing jitter of around 10ps measured. Continuous running showed only a minimal e?ect on the temperature of the SNSPDs. Testing revealed some high-frequency instability and lower than expected bandwidth. The system provides a compact, high gain, low noise, electronic readout platform that could be used for quantum photonic experiments because of the low noise and jitter and play a role in future SNSPD development because of the ability to test many nanowires quickly. Future improvements to stability and bandwidth may allow 1Gcps count rates and photon number resolution experiments.