中文机翻：NIST：计量近室温光子数分辨探测器的设计研究（2025） 20页_transResult

“ A Metrological Near-Room-Temperature Photon-Number-Resolving Detector: A Design Study”由Zachary H. Levine等人撰写。文章介绍了一种用于精确计数入射光子的非低温光学探测器的设计和模型，该探测器工作在−10°C，预计能分辨多达10个光子的脉冲，光子数错误率为2%。 1. **背景**：具有计量级光子数错误率的光学探测器是光功率校准的主要标准和光子量子信息科学的关键技术，但实现低光子数错误率具有挑战性。目前的技术要么需要低温冷却，要么在室温下检测效率低或光子数分辨率有限。文中提出通过数值研究探索室温下实现计量级光子数分辨率探测器的可能性。 2. **设计与性能** - **系统概述**：光子通过抗反射涂层进入圆柱形吸收区域，产生电子 - 空穴对，电子在电场作用下被收集到浮动节点，影响附近MOSFET的电流，通过分析电流来确定光子数。 - **光吸收区域**：通过增加外部反射镜、优化孔径尺寸、选择合适的吸收长度等措施，提高光吸收效率，减少反射损失。 - **电子传输到浮动节点**：电子在电场作用下通过漂移和扩散运动到浮动节点，通过合理设计电极结构和电压，确保电子能够快速、有效地传输。 - **MOSFET和浮动节点**：电子在浮动节点影响MOSFET的电流，通过Comsol模拟分析MOSFET的电流 - 电压特性，确定检测电子数的可行性。 - **设备重置**：通过设置不同的电压，清除浮动节点和吸收区域的电子，完成设备重置。 - **载流子寿命效应**：考虑热产生载流子和表面载流子寿命对探测器性能的影响，选择合适的工作温度以降低误差率。 - **误差率估计**：模拟结果表明，该探测器在10个可见光光子的分辨能力上，光子数错误率为2.1%，能够满足设计要求。