Платиносодержащий детектирующий элемент термоэлектрического однофотонного детектора

Abstract

Методом компьютерного моделирования изучены процессы распространения тепла и определены шумы в трехслойном детектирующем элементе термоэлектрического однофотонного детектора, состоящем из поглотителя (Pt), термоэлектрического сенсора (La0.99Ce0.01B6) и теплоотвода (Pt, Mo)․ Исследовано поглощение фотонов с энергией 0.8–7.1 эВ (1550–175 нм) в поглотителях различной толщины, обеспечивающей высокую эффективность поглощения. Моделирование проводилось на основе уравнений распространения тепла из ограниченного объема. Изучены временные зависимости возникающего на сенсоре сигнала. Определены мощность сигнала, эквивалентная мощность шума и отношение сигнал/шум. Показано, что детектирующий элемент с платиновым поглотителем может уверенно регистрировать одиночные фотоны с энергией 3.1–7.1 эВ. Համակարգչային մոդելավորման միջոցով ուսումնասիրվել են ջերմության տարածման պրոցեսները միաֆոտոն ջերմաէլեկտրական դետեկտորի եռաշերտ դետեկտող տարրում, որը բաղկացած է կլանիչից (Pt), ջերմաէլեկտրական տվիչից (La0.99Ce0.01B6) և ջերմատարից (Pt, Mo): Ուսումնասիրվել է 0․8–7․1 էՎ (1550–175 նմ) էներգիայով ֆոտոնների կլանումը տարբեր հաստության կլանիչներում՝ ապահովելով կլանման բարձր արդյունավետություն։ Մոդելավորումն իրականացվել է սահմանափակ ծավալից ջերմության տարածման հավասարումների հիման վրա: Ուսումնասիրվել են տվիչի վրա առաջացող ազդանշանի ժամանակային կախվածությունները։ Որոշվել են ազդանշանի հզորությունը, աղմուկի համարժեք հզորությունը և ազդանշան-աղմուկ հարաբերակցությունը: Ցույց է տրվել, որ պլատինե կլանիչով դետեկտող տարրը կարող է հուսալիորեն գրանցել 3․1 էՎ-ից բարձր էներգիա ունեցող միակի ֆոտոններ: Using computer simulation, the processes of heat propagation were studied and noise was determined in a three-layer detection pixel of a thermoelectric single-photon detector, consisting of an absorber (Pt), a thermoelectric sensor (La0.99Ce0.01B6) and a heat sink (Pt, Mo)․ The absorption of photons with energies of 0.8–7.1 eV (1550–175 nm) in absorbers of various thicknesses, providing high absorption efficiency, was studied. The simulation was based on the heat propagation equations from a limited volume. The temporal dependencies of the signal appearing on the sensor were studied. Signal power, noise equivalent power, and signal-to-noise ratio were determined. It was shown that a detection pixel with a platinum absorber can reliably detect single photons with the energy higher than 3.1 eV.