Abstract

We present the first evidence of multi-photon detection using a conventional superconducting nanowire single-photon detector, indicating number resolution up to four photons. The observed multi-photon detection statistics are consistent with the predictions of our model.

© 2017 Optical Society of America under the terms of the OSA Open Access Publishing Agreement

Full Article  |  PDF Article
OSA Recommended Articles
Self-aligned multi-channel superconducting nanowire single-photon detectors

Risheng Cheng, Xiang Guo, Xiaosong Ma, Linran Fan, King Y. Fong, Menno Poot, and Hong X. Tang
Opt. Express 24(24) 27070-27076 (2016)

Gated mode superconducting nanowire single photon detectors

Mohsen K. Akhlaghi and A. Hamed Majedi
Opt. Express 20(2) 1608-1616 (2012)

Demonstration of digital readout circuit for superconducting nanowire single photon detector

T. Ortlepp, M. Hofherr, L. Fritzsch, S. Engert, K. Ilin, D. Rall, H. Toepfer, H.-G. Meyer, and M. Siegel
Opt. Express 19(19) 18593-18601 (2011)

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
    [Crossref]
  2. E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
    [Crossref]
  3. R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
    [Crossref]
  4. D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
    [Crossref]
  5. J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, and H. H. Hogue, Appl. Phys. Lett. 74, 902 (1999).
    [Crossref]
  6. A. J. Miller, S. W. Nam, J. M. Martinis, and A. V. Sergienko, Appl. Phys. Lett. 83, 791 (2003).
    [Crossref]
  7. A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
    [Crossref]

2017 (1)

R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
[Crossref]

2014 (1)

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

2010 (1)

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

2009 (2)

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
[Crossref]

2003 (1)

A. J. Miller, S. W. Nam, J. M. Martinis, and A. V. Sergienko, Appl. Phys. Lett. 83, 791 (2003).
[Crossref]

1999 (1)

J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, and H. H. Hogue, Appl. Phys. Lett. 74, 902 (1999).
[Crossref]

Barkhofen, S.

R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
[Crossref]

Bartley, T. J.

R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
[Crossref]

Berggren, K. K.

A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
[Crossref]

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

Bitauld, D.

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Dauler, E. A.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
[Crossref]

Fiore, A.

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Gaggero, A.

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Goltsman, G.

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

Grein, M. E.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

Hamilton, S. A.

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

Hogue, H. H.

J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, and H. H. Hogue, Appl. Phys. Lett. 74, 902 (1999).
[Crossref]

Kerman, A. J.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
[Crossref]

Kim, J.

J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, and H. H. Hogue, Appl. Phys. Lett. 74, 902 (1999).
[Crossref]

Kruse, R.

R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
[Crossref]

Leoni, R.

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Levy, F.

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Marsili, F.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Martinis, J. M.

A. J. Miller, S. W. Nam, J. M. Martinis, and A. V. Sergienko, Appl. Phys. Lett. 83, 791 (2003).
[Crossref]

Mattioli, F.

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Miki, S.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

Miller, A. J.

A. J. Miller, S. W. Nam, J. M. Martinis, and A. V. Sergienko, Appl. Phys. Lett. 83, 791 (2003).
[Crossref]

Molnar, R.

A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
[Crossref]

Nam, S. W.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

A. J. Miller, S. W. Nam, J. M. Martinis, and A. V. Sergienko, Appl. Phys. Lett. 83, 791 (2003).
[Crossref]

Nejad, S. J.

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Robinson, B. S.

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

Sergienko, A. V.

A. J. Miller, S. W. Nam, J. M. Martinis, and A. V. Sergienko, Appl. Phys. Lett. 83, 791 (2003).
[Crossref]

Shaw, M. D.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

Silberhorn, C.

R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
[Crossref]

Takeuchi, S.

J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, and H. H. Hogue, Appl. Phys. Lett. 74, 902 (1999).
[Crossref]

Terai, H.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

Tiedau, J.

R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
[Crossref]

Verma, V. B.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

Voronov, B.

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

Yamamoto, Y.

J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, and H. H. Hogue, Appl. Phys. Lett. 74, 902 (1999).
[Crossref]

Yamashita, T.

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

Yang, J. K.

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

Yang, J. K. W.

A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
[Crossref]

Appl. Phys. Lett. (2)

J. Kim, S. Takeuchi, Y. Yamamoto, and H. H. Hogue, Appl. Phys. Lett. 74, 902 (1999).
[Crossref]

A. J. Miller, S. W. Nam, J. M. Martinis, and A. V. Sergienko, Appl. Phys. Lett. 83, 791 (2003).
[Crossref]

J. Mod. Opt. (1)

E. A. Dauler, A. J. Kerman, B. S. Robinson, J. K. Yang, B. Voronov, G. Goltsman, S. A. Hamilton, and K. K. Berggren, J. Mod. Opt. 56, 364 (2009).
[Crossref]

Nano Lett. (1)

D. Bitauld, F. Marsili, A. Gaggero, F. Mattioli, R. Leoni, S. J. Nejad, F. Levy, and A. Fiore, Nano Lett. 10, 2977 (2010).
[Crossref]

Opt. Eng. (1)

E. A. Dauler, M. E. Grein, A. J. Kerman, F. Marsili, S. Miki, S. W. Nam, M. D. Shaw, H. Terai, V. B. Verma, and T. Yamashita, Opt. Eng. 53, 081907 (2014).
[Crossref]

Phys. Rev. A (1)

R. Kruse, J. Tiedau, T. J. Bartley, S. Barkhofen, and C. Silberhorn, Phys. Rev. A 95, 023815 (2017).
[Crossref]

Phys. Rev. B (1)

A. J. Kerman, J. K. W. Yang, R. Molnar, E. A. Dauler, and K. K. Berggren, Phys. Rev. B 79, 100509(R) (2009).
[Crossref]

Cited By

OSA participates in Crossref's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1.
Fig. 1.

Key elements of the experimental setup. The inset shows a schematic of a multi-photon detection event. The device nanowire is 100  nm wide, 5  nm thick, and covers an area with a diameter of 15  μm. Light is delivered to the detector in the cryostat via an optical fiber [1]. The cryogenic amplifier is from Cosmic Microwave Technologies.

Fig. 2.
Fig. 2.

Histograms of the peak height of differentiated detection waveforms. Each data set is fit with a sum of Gaussian functions, where the integral of each peak is constrained to follow the expected Poisson statistics. The arrows with corresponding error bars show predicted values of the peaks from the electro-thermal model and finite-bandwidth amplifiers.

Metrics