用于从光学、极紫外到X射线的经典与量子光探测的宽带平衡光电探测器
极紫外和软X射线波段相干短波长光源的快速发展,催生了对先进光电探测能力的日益增长的需求,尤其体现在量子噪声极限测量、微电子与半导体计量学,以及新兴的量子信息应用领域。然而,将平衡光电探测扩展到这些波长范围,受到极紫外-软X射线硅光电二极管超大结电容所导致的基本带宽-噪声权衡的严重阻碍。本文报道了一种新颖的宽带光接收器架构,该架构通过自举跨阻放大器设计克服了这一瓶颈。通过采用低噪声结型场效应管接口,该架构有效隔离了光电二极管电容,并抑制了核心放大器所看到的表观输入电容。结合对寄生反馈电抗的有源补偿,该架构缓解了探测器有源面积与信号带宽之间的传统权衡。实验上,该团队实现了13 \(fA/√Hz\) 的系统级输入参考噪声基底,接近理论热噪声极限。此外,该工作将信噪比受限带宽提升了六倍,并通过实施一种新颖的接地场板,在高达100 kHz的频率范围内展示了超过30 dB的共模抑制比。这种高度可扩展的硅基架构有效地弥合了短波长探测的空白,为下一代量子噪声极限和量子增强X射线测量,以及高数值孔径极紫外光刻中的超灵敏检测与计量应用,建立了一个稳健的实验平台。

