多通道、亚纳秒死时间、极高吞吐量的光子到达时间标记与光纤远程同步
仪器与探测器
2020-01-09 v1 数据分析、统计与概率
组织与器官
摘要
时间相关单光子计数（TCSPC）与单光子探测的时间标记是许多量子光学实验及应用物理其他领域中的有力工具。例如，将 TCSPC 用于荧光寿命测量时，常因死时间损耗与堆积效应而受限。我们表明，在保持高时间分辨率的同时，将定时电子学的死时间降低至由探测器信号速度所决定的绝对最小值，可消除此限制。加速数据获取的另一种互补方法是通过多探测器通道同步读出实现并行化。这对 TCSPC 系统的数据吞吐量提出了很高要求，尤其在单光子到达时间标记中。在此，我们提出一种新设计方案，支持多达 16 个输入通道、650 ps 的极短死时间、极高的时间标记吞吐量以及 80 ps 的时间分辨率。为便于以最高精度远程同步多台此类仪器，新 TCSPC 电子学提供了面向 White Rabbit 光纤网络的接口。除天文学领域的基础研究外，此类远程同步任务在节点间距达数十公里的量子通信网络中亦属常规需求。除展示新 TCSPC 电子学的设计特性与基准测试结果外，我们还给出了医学研究中光谱分辨高速荧光寿命成像的应用结果。此外，我们展示了如何校正高光子通量下探测器信号中出现的脉冲堆积，以及该数据采集方案在精度与效率方面的表现。
引用
@article{arxiv.2001.02424,
title = {Photon arrival time tagging with many channels, sub-nanosecond deadtime, very high throughput, and fiber optic remote synchronization},
author = {Michael Wahl and Tino Roehlicke and Sebastian Kulisch and Sumeet Rohilla and Benedikt Kraeamer and Andreas C. Hocke},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.02424},
year = {2020}
}
备注
34 pages, 9 figures, accepted by Review of Scientific Instruments