We designed, fabricated, and tested a one-dimensional array of superconducting-nanowire single-photon detectors, integrated with on-chip inductors and resistors. The architecture is suitable for monolithic integration on a single chip operated in a cryogenic environment, and inherits the characteristics of individual superconducting-nanowire single-photon detectors. We demonstrated a working array with four pixels showing position discrimination and a timing jitter of 124 ps. The electronic crosstalk between the pixels in the array was negligible.

1.
H.
Takesue
,
S. W.
Nam
,
Q.
Zhang
,
R. H.
Hadfield
,
T.
Honjo
,
K.
Tamaki
, and
Y.
Yamamoto
,
Nature Photon.
1
,
343
(
2007
).
2.
C.
Zinoni
,
B.
Alloing
,
L. H.
Li
,
F.
Marsili
,
A.
Fiore
,
L.
Lunghi
,
A.
Gerardino
,
Y. B.
Vakhtomin
,
K. V.
Smirnov
, and
G. N.
Gol'tsman
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
031106
(
2007
).
3.
J.
Zhang
,
N.
Boiadjieva
,
G.
Chulkova
,
H.
Deslandes
,
G. N.
Gol'tsman
,
A.
Korneev
,
P.
Kouminov
,
M.
Leibowitz
,
W.
Lo
,
R.
Malinsky
,
O.
Okunev
,
A.
Pearlman
,
W.
Slysz
,
K.
Smirnov
,
C.
Tsao
,
A.
Verevkin
,
B.
Voronov
,
K.
Wilsher
, and
R.
Sobolewski
,
Electron. Lett.
39
,
1086
(
2003
).
4.
J.
Hu
,
Q.
Zhao
,
X.
Zhang
,
L.
Zhang
,
X.
Zhao
,
L.
Kang
,
P.
Wu
, and
A. N. E.
Power
,
J. Lightwave Technol.
30
,
2583
(
2012
).
5.
M. G.
Tanner
,
S. D.
Dyer
,
B.
Baek
,
R. H.
Hadfield
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
201110
(
2011
).
6.
N. R.
Gemmell
,
A.
McCarthy
,
B.
Liu
,
M. G.
Tanner
,
S. D.
Dorenbos
,
V.
Zwiller
,
M. S.
Patterson
,
G. S.
Buller
,
B. C.
Wilson
, and
R. H.
Hadfield
,
Opt. Express
21
,
5005
(
2013
).
7.
A.
McCarthy
,
N. J.
Krichel
,
N. R.
Gemmell
,
X.
Ren
,
M. G.
Tanner
,
S. N.
Dorenbos
,
V.
Zwiller
,
R. H.
Hadfield
, and
G. S.
Buller
,
Opt. Express
21
,
8904
(
2013
).
8.
M. E.
Grein
,
A. J.
Kerman
,
E. A.
Dauler
,
O.
Shatrovoy
,
R. J.
Molnar
,
D.
Rosenberg
,
J.
Yoon
,
C. E.
DeVoe
,
D. V.
Murphy
,
B. S.
Robinson
, and
D. M.
Boroson
, in
2011 IEEE International Conference on Space Optical Systems and Applications (ICSOS)
(IEEE,
2011
), pp.
78
82
.
9.
R. H.
Hadfield
,
Nature Photon.
3
,
696
(
2009
).
10.
D.
Rosenberg
,
A. J.
Kerman
,
R. J.
Molnar
, and
E. A.
Dauler
,
Opt. Express
21
,
1440
(
2013
).
11.
F.
Marsili
,
F.
Bellei
,
F.
Najafi
,
A. E.
Dane
,
E. A.
Dauler
,
R. J.
Molnar
, and
K. K.
Berggren
,
Nano Lett.
12
,
4799
(
2012
).
12.
E. A.
Dauler
,
B. S.
Robinson
,
A. J.
Kerman
,
J. K. W.
Yang
,
E. K. M.
Rosfjord
,
V.
Anant
,
B.
Voronov
,
G.
Gol'tsman
,
K. K.
Berggren
, and
K. M.
Rosfjord
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
17
,
279
(
2007
).
13.
A.
Divochiy
,
F.
Marsili
,
D.
Bitauld
,
A.
Gaggero
,
R.
Leoni
,
F.
Mattioli
,
A.
Korneev
,
V.
Seleznev
,
N.
Kaurova
,
O.
Minaeva
,
G.
Gol'tsman
,
K. G.
Lagoudakis
,
M.
Benkhaoul
,
F.
Lévy
,
A.
Fiore
,
G. G. O. L.
Tsman
, and
F.
Le
,
Nature Photon.
2
,
302
(
2008
).
14.
S.
Jahanmirinejad
,
G.
Frucci
,
F.
Mattioli
,
D.
Sahin
,
A.
Gaggero
,
R.
Leoni
, and
A.
Fiore
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
072602
(
2012
).
15.
K.
Smirnov
,
A.
Korneev
,
O.
Minaeva
,
A.
Divochiy
,
M.
Tarkhov
,
S.
Ryabchun
,
V.
Seleznev
,
N.
Kaurova
,
B.
Voronov
,
G.
Gol'tsman
, and
S.
Polonsky
,
J. Phys.: Conf. Ser.
61
,
1081
(
2007
).
16.
S.
Miki
,
H.
Terai
,
T.
Yamashita
,
K.
Makise
,
M.
Fujiwara
,
M.
Sasaki
, and
Z.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
111108
(
2011
).
17.
T.
Ortlepp
,
M.
Hofherr
,
L.
Fritzsch
,
S.
Engert
,
K.
Ilin
,
D.
Rall
,
H.
Toepfer
,
H.-G.
Meyer
, and
M.
Siegel
,
Opt. Express
19
,
18593
(
2011
).
18.
J.
Yoon
,
J.
Clarke
,
J. M.
Gildemeister
,
A. T.
Lee
,
M. J.
Myers
,
P. L.
Richards
, and
J. T.
Skidmore
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
371
(
2001
).
19.
M.
Tanaka
,
T.
Kawamoto
,
Y.
Yamanashi
,
Y.
Kamiya
,
A.
Akimoto
,
K.
Fujiwara
,
A.
Fujimaki
,
N.
Yoshikawa
,
H.
Terai
, and
S.
Yorozu
,
Supercond. Sci. Technol.
19
,
S344
(
2006
).
20.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4823542 for differential pulses in an N-element array, current overshoot in the unfired pixels, minimal differential-voltage spacing in the Monte-Carlo simulation, variation of the circuit parameters, fabrication processes, measurement setup, DC bias through the RF outputs, differential pulses with full bandwidth, multi-pixel events in the array, device detection efficiency, and jitter measurement.
21.
A. J.
Kerman
,
E. A.
Dauler
,
W. E.
Keicher
,
J. K. W.
Yang
,
K. K.
Berggren
,
G.
Gol'tsman
, and
B.
Voronov
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
111116
(
2006
).
22.
J. K. W.
Yang
,
A. J.
Kerman
,
E. A.
Dauler
,
V.
Anant
,
K. M.
Rosfjord
, and
K. K.
Berggren
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
17
,
581
(
2007
).
23.
J.
Yang
,
E.
Dauler
,
A.
Ferri
,
A.
Pearlman
,
A.
Verevkin
,
G.
Gol'tsman
,
B.
Voronov
,
R.
Sobolewski
,
W. E.
Keicher
, and
K. K.
Berggren
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
15
,
626
(
2005
).
24.
J. R.
Clem
and
K. K.
Berggren
,
Phys. Rev. B
84
,
174510
(
2011
).
25.
Q.
Zhao
,
L.
Zhang
,
T.
Jia
,
L.
Kang
,
W.
Xu
,
C.
Cao
,
J.
Chen
, and
P.
Wu
,
Appl. Phys. B
104
,
673
(
2011
).
26.
F.
Marsili
,
F.
Najafi
,
E.
Dauler
,
R. J.
Molnar
, and
K. K.
Berggren
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
112601
(
2012
).
27.
M.
Ejrnaes
,
R.
Cristiano
,
O.
Quaranta
,
S.
Pagano
,
A.
Gaggero
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
B.
Voronov
, and
G.
Gol'tsman
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
262509
(
2007
).
28.
F.
Marsili
,
F.
Najafi
,
E. A.
Dauler
,
F.
Bellei
,
X.
Hu
,
M.
Csete
,
R. J.
Molnar
, and
K. K.
Berggren
,
Nano Lett.
11
,
2048
(
2011
).
29.
A. J.
Kerman
,
D.
Rosenberg
,
R. J.
Molnar
, and
E. A.
Dauler
,
J. Appl. Phys.
113
,
144511
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.