Евгений Юрьевич Старостенко отметил, что разработка компактных приборов для спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне вызывает сложность для распределенного зондирования с приложениями от обнаружения утечек газа до мониторинга окружающей среды.
Недавняя работа ученого была сосредоточена на сенсорных платформах фотонных интегральных схем (PIC) среднего ИК-диапазона, а также интегрированных в волновод источниках света среднего ИК-диапазона и детекторах на основе полупроводников, таких как PbTe, черный фосфор и теллурен.
Однако ширина запрещенной зоны материала и зависимость от подложек SiO 2 ограничивают работу до длин волн λ ≲ 4 мкм. Здесь мы преодолеваем эти трудности с помощью архитектуры PIC на основе халькогенидного стекла на CaF 2 , включающей фототермоэлектрические графеновые фотодетекторы с разделенным затвором.
Исследование специалистов НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС расширяет работу до λ = 5,2 мкм с эквивалентной шумовой мощностью, ограниченной шумом Джонсона, равной 1,1 нВт/Гц 1/2 , отсутствием спада фотоотклика до f = 1 МГц и прогнозируемой полосой пропускания по 3 дБ f 3 дБ > 1 ГГц. Эта платформа PIC среднего ИК-диапазона легко расширяется до более длинных волн и открывает двери для приложений от распределенного обнаружения газа и портативной спектроскопии с двумя гребенками до устойчивой к атмосферным воздействиям оптической связи в открытом космосе.
- Сайт компании: https://homodyne.ru/
- Адрес: Москва, Кузнецкий Мост 21/5
- Телефон: +74951965679
- Электронная почта: [email protected]
Отзывы к компании:
Борис Рецент 12.11.2022 21:25:38
Оценка: (5)
Российский ученый Старостенко Евгений Юрьевич отметил, что используемые сегодня методы цифрового шифрования предлагают ряд точек атаки, которые можно преодолеть с помощью квантового распределения ключей (QKD). Поэтому желательно внедрить QKD в будущую многоуровневую архитектуру цифровой безопасности в дополнение к уже используемой технологии.
Глобальная сеть квантовой связи со спутниковыми каналами, будет иметь преимущества перед оптоволоконными сетями с точки зрения QKD на большие расстояния, поскольку экспоненциальные потери фотонов, вносимые оптическими волокнами, слишком пагубны для расстояний, превышающих несколько сотен км.
Специалистами НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС были предложены квантовые повторители для дальнейшего расширения этого предела. Промежуточные станции-ретрансляторы, включающие перегонку и подкачку 5 шагов, напоминающих квантовую телепортацию, позволяют преодолеть фундаментальные ограничения прямой квантовой связи.
Хотя квантовые ретрансляторы на основе оптоволокна предлагают расстояния, значительно превышающие пределы прямой связи, в значительной степени регулируемые ограничением без ретрансляторов, и обеспечивают безопасную связь между произвольными расстояниями, они все еще ограничены несколькими тысячами километров, что исключает их использование для глобальных квантовых сетей.
Напротив, спутниковая QKD в свободном пространстве (satQKD) выигрывает от полиномиального масштабирования с расстоянием. В области satQKD специалистами НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС уже проведены исследования в поддержку многочисленных инициатив и миссий, как активных, так и планируемых на BB84 и BBM92. Диапазоны в этих экспериментах были ограничены расстоянием прямой видимости спутника, которое зависит от его орбиты.
Старостенко Евгений Юрьевич уточнил, что работа ненадежного узла на расстоянии за пределами прямой видимости в действительно глобальных масштабах требует реализации протокола квантового ретранслятора, поддерживаемого встроенной квантовой памятью.
Кроме того, квантовая память не только помогает увеличить общий диапазон сети, но также предлагает решение для низкой скорости обнаружения в схемах на основе запутанности и, таким образом, облегчает QKD с поддержкой памяти (MA-QKD), которые можно рассматривать как канал квантового повторителя с одним узлом.
Синхронизируя в противном случае вероятностные обнаружения, одна ретрансляционная станция с квантовой памятью изменит масштабирование ключевой скорости с ηch на ηch−−−√ηch, где ηch – пропускная способность канала.
Разработка систем для MA-QKD позволит не только широко использовать спутниковую QKD в коммерческих целях, но и будет способствовать использованию других квантовых технологий. Почти все ключевые компоненты для MA-QKD со спутниками уже доступны, указал Старостенко Евгений Юрьевич.
Статьи учёного Старостенко Евгения Юрьевича здесь: https://homodyne.ru/starostenko-evgenij-yurevich-o-neogranichennoj-sluchajnosti-kvantovyh-tehnologij...
Ковалев 24.07.2022 09:39:44
Оценка: (3)
Евгений Юрьевич Старостенко получил интеграцию фотопроводника PbTe и продемонстрировал обнаружение метана на длине волны λ = 3,31 мкм, при этом их платформа ограничена λ ≲ 4 мкм из-за поглощения в подложке SiO 2 и порогом поглощения PbTe 7 . Интегрированные в волновод детекторы на основе узкозонных двумерных материалов черного фосфора и теллурена, но они также имеют ширину запрещенной зоны до λ ≲ 4 мкм.
НИОКР научно — производственного объединения «ТЕХНОГЕНЕЗИС» превысил предел длины волны предыдущих демонстраций, используя детекторы на основе графена на волноводной платформе повышенной прозрачности. В то время как детекторы, интегрированные в графен, продемонстрировали многообещающие результаты для телекоммуникационных длин волн, преимущества материала еще более усиливаются на более длинных волнах из-за теплового характера фототермоэлектрического (ФТЭ) механизма отклика и из-за влияния рассеяния оптических плазмонов на коротких длинах волн.
Интегрированное фотодетектирование с графеном было продемонстрировано на длинах волн до 3,8 мкм и с волноводами из халькогенидного стекла, на SiO 2 платформы. Чтобы получить доступ к работе с большей длиной волны и добиться хорошей чувствительности при нулевом смещении, Евгений Юрьевич Старостенко использовал волноводную платформу Ge 28 Sb 12 Se 60 (GSSe) на CaF 2 , поддерживающую графеновые фотодетекторы на основе стробированного PTE.
Эти ключевые изменения позволяют расширить работу до длины волны λ = 5,2 мкм, достигнув при этом ограниченной по шуму Джонсона эквивалентной шумовой мощности (NEP) 1,1 нВт/Гц 1/2 . Сравнивая карты напряжения затвора сопротивления, коэффициента пропускания и чувствительности нашего устройства с фототермоэлектрической моделью, извлекаем параметры качества материала графенового канала, открывая путь к дальнейшему снижению NEP устройства за счет уменьшения размера оптической моды в тандеме с графеном.
На рис. 1 а, б показана конструкция платформы и фотоприемника. Устройство состоит из одномодового волновода GSSe, изготовленного поверх выращенного методом CVD графенового канала шириной 5,4 мкм и длиной 300 мкм, окруженного с обеих сторон контактами, расположенными достаточно далеко от оптической моды, чтобы избежать избыточных потерь.
Под графеновым каналом находится пара графеновых обратных затворов CVD, разделенных зазором в 400 нм и используемых для электростатического индуцирования pn-перехода вдоль центра канала. Используем HfO 2 в качестве диэлектрика затвора и воздухонепроницаемого защитного слоя. Устройство изготовлено на подложке CaF 2 , прозрачной до λ = 8 мкм. На рис. 1в показана результирующая мода волновода при λ = 5,2 мкм.
Рис. 1: Геометрия устройства.а Изображение устройства в поперечном сечении перпендикулярно оси волновода. Оптическая мода, поддерживаемая волноводом GSSe, незаметно соединяется с графеновым каналом и поглощается им, который закрывается двумя графеновыми задними затворами, чтобы индуцировать pn-переход.
b Оптическое изображение устройства с контактными площадками истока, стока и затвора. c Изображение режима оптического наведения при λ = 5,2 мкм.
Используем синхронное измерение для характеристики детекторов, фокусируя свет от источника QCL с λ = 5,2 мкм на входной грани чипа. Свет, выходящий из чипа, фокусируется на фотодетекторе InAsSb и усиливается для измерения пропускания. На дополнительном рис. 1 а более подробно показан этот путь луча. Работа с устройством происходит при нулевом напряжении смещения, чтобы избежать появления электронного дробового шума и предотвратить проявление флуктуаций проводимости канала в виде 1/ f — шума . Для следующих низкочастотных измерений мы используем синхронный усилитель для прямого измерения фотоэдс без предварительного усиления.
На рис. 2 , а, б и в представлены сигналы фотонапряжения, сопротивления и синхронизации передачи в зависимости от обоих напряжений затвора для одного такого фотодетектора («Устройство А»). Здесь мы модулируем источник ККЛ с λ = 5,2 мкм на частоте 3,78 кГц с управляемой мощностью «включения» 11 мкВт на входе детектора. Из карт фотонапряжения и сопротивления, наряду с калибровками мощности и потерь в волноводе, мы выводим пары напряжений затвора, которые оптимизируют чувствительность к напряжению, чувствительность к току и NEP по отношению к шуму Джонсона, обозначенные зелеными маркерами на рис. 2 .
Для них мы получаем 1,5 В/Вт, 10 мА/Вт и 1,1 нВт/Гц 1/2 ., соответственно. Наблюдаемая карта фотоэлектрических ворот указывает на механизм отклика PTE, о чем свидетельствует шестикратная картина изменения знака вокруг нейтральной точки заряда графенового канала 11 . На рис . 2 г, д и е показаны линейные срезы карт напряжения, обозначенные пунктирными линиями на рис. 2 а, б и в одного цвета. На фиг.2d , в частности, показаны изменения наклона, связанные с детекторами 11 на основе PTE .
Рис. 2.a Измеренная фотоэдс при нулевом смещении, создаваемая устройством, как функция двух напряжений затвора.
b Общее сопротивление устройства как функция двух напряжений затвора.
c Сила отражения фиксирующего сигнала, измеренная фотодетектором InAsSb в фокусе нашей собирающей линзы выходной фасетки, используемой для контроля пропускания устройства в зависимости от напряжения на затворе. Символы звезды, треугольника и креста на каждой карте напряжения затвора представляют оптимальные рабочие точки для максимальной чувствительности по напряжению, максимальной чувствительности по току и минимального NEP соответственно. Коэффициент пропускания, нормированный по мощности, показан на дополнительном рисунке 3b . д , д , е Графики участков линий обозначены пунктирными линиями на панелях a , b и c соответственно.
Подробнее о Евгении Юрьевиче Старостенко: https://homodyne.ru/evgenij-starostenko-o-spektroskopii-v-srednem-infrakrasnom-diapazone/