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/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / physics / 23223 < prev    next >
Encoding:
Internet Message Format  |  1993-01-21  |  3.7 KB
  1. Path: sparky!uunet!spool.mu.edu!agate!physics3!aephraim
  2. From: aephraim@physics3 (Aephraim M. Steinberg)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Re: photon 'detectors' - how reliable?
  5. Date: 21 Jan 1993 19:03:00 GMT
  6. Organization: /etc/organization
  7. Lines: 62
  8. Message-ID: <1jms14$ibn@agate.berkeley.edu>
  9. References: <wwadge.727584610@csr>
  10. NNTP-Posting-Host: physics3.berkeley.edu
  11.  
  12. In article <wwadge.727584610@csr> wwadge@csr.UVic.CA (Bill  Wadge) writes:
  13. >I was browsing through one of the many 'pop' physics books,
  14. >where they are describing one of the stock quantum mechanics
  15. >experiments, and noticed something along the lines of
  16. >
  17. > .. towards a detector which records every photon ..
  18. >
  19. >Is this possible? Can one really build a device so sensitive that it will
  20. >detect 100% reliably every photon that enters it, and never
  21. >go off by accident?
  22. >
  23. >Seems unlikely, but then I'm not a physicist ...
  24.  
  25. Does seem unlikely, doesn't it?  But it will happen one day (just about).
  26.  
  27. Some photodiodes currently quote quantum efficiencies very close to
  28. 100%, but not when operating in single-photon detection mode.  That is, they
  29. yield a continuous current proportional to the incoming intensity and
  30. supposedly nearly every incoming photon yields an electron-hole pair.  (I
  31. don't know how-- or whether-- this last fact is confirmed.)
  32.  
  33. The SINGLE-photon detectors of preference until recently were photomultiplier
  34. tubes, with efficiencies ranging from less than 1% to perhaps 5%.  This is
  35. one of the reasons (along with the geometric nature of the decay process
  36. originally used) that the "detection loophole" was not closed by experiments
  37. like those of Clauser and of Aspect.  In recent years, pmt's have been
  38. superceded by avalanche photodiodes, frequently with quantum efficiencies
  39. of 10 or 20%.  We have one photodiode from EG&G which is about 40% efficient.
  40.  
  41. VERY recently, however, there has been some progress towards nearly-100%
  42. efficient detectors.  EG&G offers rather expensive "single-photon counting
  43. modules" which we have measured to have efficiencies of approximately 75%
  44. when they are sufficiently overbiased-- the active element in these modules
  45. is still an APD.  On a different tack, Rockwell has been working on 
  46. "solid state photomultipliers" which theoretically should have quantum
  47. efficiencies as high as 90 or 95%, although unlike the APD's, they need to
  48. be cooled to near-liquid Helium temperatures.  We have measured efficiencies
  49. close to 70% for these devices as well, and it is quite likely that there
  50. were other losses present during that measurement, so the actual efficiency
  51. could well be higher.  Needless to say, both companies (and others) are
  52. working towards further improvements.
  53.  
  54. As far as I know, most people only care in a "linear" fashion about
  55. such efficiencies.  For tests of Bell inequalities, on the other hand, 
  56. there is a sharp cutoff of 83% (ignoring all other experimental imperfections)
  57. for eliminating the detection loophole.  (Although some recent papers
  58. propose ways of reducing this cutoff to around 70%, it is nearly certain
  59. that there will always be some sharp cutoff, and that these schemes will
  60. be less feasible than those which require 83%.)
  61.  
  62. Anyway, don't trust everything you read.  The same physics book that
  63. mentioned 100% efficient photodetectors could well have mentioned frictionless
  64. pulleys and massless ropes: With many of the former and one of the latter,
  65. one could construct a 100% efficient photodetector simply by amplifying
  66. the "light pressure" acting on a ball attached to one end of the rope!
  67.  
  68.  
  69. -- 
  70. Aephraim M. Steinberg                    | "WHY must I treat the measuring
  71. UCB Physics                              | device classically??  What will
  72. aephraim@physics.berkeley.edu            | happen to me if I don't??"
  73.                                          |       -- Eugene Wigner
  74.