高计数率超导纳米线单光子探测器中随机基线波动引起的时间抖动
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)在皮秒量级展现出极低的时序抖动,但在高计数率工作状态下其时间分辨率会显著恶化。现有解释主要将此归因于确定性波形畸变,如多光子响应和脉冲堆积,但实验观测到的高计数率下抖动展宽现象无法完全通过该机制得到解释。本文研究表明,由有限记忆读出动力学产生的随机基线波动是SNSPD系统中计数率相关计数率时序抖动的内在来源。对于随机到达的光子,读出链路中积累的重叠恢复响应会产生统计波动的基线,并通过基于阈值的时序提取转化为定时不确定性。该团队开发了一个随机过程框架,定量关联了光子统计特性、读出动力学和时序抖动。该框架预测了特征标度行为,包括脉冲激发下基线波动的非单调依赖性(在重复频率的一半附近出现最大值)。这些预测通过系统改变计数率、电路时间常数和探测器动态特性得到了定量验证。该团队的研究结果将随机基线动力学确定为限制高计数率SNSPD时间分辨率的根本机制,并为优化有限记忆高速光子计数系统提供了通用框架。

