利用EMCCD作为光子数分辨器件实现量子信噪比的多倍增强

电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）由于其高量子效率和空间分辨率，被广泛用于研究典型的量子光学现象及相关应用。研究人员已经开发出一种程序，可以根据像素输出是否高于或低于估计的噪声水平，统计地确定像素是否检测到单个光子。然而，这些技术仅在极低光子数（每次曝光每像素平均约0.15个光子）下可行，允许每个像素最多一个光子。这一限制使得任何研究都需要大量的帧数。在这项工作中，我们提出了一种方法，用于估计任意曝光时间下每像素每帧的平均光子率。随后，我们对每个像素上入射的光子数（大于或等于1）进行统计估计。这使得我们能够有效地将EMCCD用作光子数分辨器件。这立即提高了实验中可接受的光照水平，从而显著减少了所需的实验时间。作为我们方法的证据，我们量化了由自发参量下转换过程产生的一对空间纠缠光子所展现的量子关联对比度。与传统方法相比，我们的方法在数据采集时间减半的情况下，信噪比提高了约3倍。通过轻微修改实验参数（如曝光时间等），可以轻松提高该信噪比。