CN119197761B 超导纳米线单光子探测器的抖动标定系统及方法 （中国科学院上海技术物理研究所）

超导纳米线单光子探测器的抖动标定系统本发明公开了一种超导纳米线单光子探测酸锂电光调制器及其偏置电压控制器、1550nm低，可以标定脉冲堆积引起的SNSPD探测光子附附加抖动，可以有效解决高速探测应用中SNSPD2FPGA平台用于产生周期性脉冲标定信号，通过对FPGA平台上的两路GT收发器分别进行编用以经过光衰减和偏置控制器后接入SNSPD系统触发探测器对周期性光子级信号的响应，第一路窄脉冲信号为1.25GHz重频、200ps脉宽的窄脉冲信号，另一路同步标定信号为S02：将同步标定信号相邻时间戳等间距内插63个数据点作为与激光脉冲同频的同步标定信号作为start信号同步触发的SNSPD探测脉冲到达时刻即为ΔT0+ΔT'，ΔT'由时间戳相对其上一时间戳的恢复时间作为此次探测的恢复时+ΔT'的直方图，并对每个直方图内的时间戳分布进行高斯拟合获得其到达时刻的分布均数率至少为数十兆cps/通道按照平均上升沿电压摆率最大的触3作为激光脉冲的同步标定信号在多通道时间一数字转换器模块上以460mV触发阈值采集时后的同步标定信号作为start信号同步触发的SNSPD探测脉冲到达时刻即为ΔT0+ΔT'，Δ脉冲时间戳相对其上一时间戳的恢复时间作为此次探测的恢复时成到达时刻ΔT0+ΔT'的直方图，并对每个直方图内的时间戳分布进行高4信系统的通信速率要求也越来越高。因此，具有探测效率高(接近100％)、暗计数低(<纳米线单光子探测器(SNSPD)逐渐成为深空数率接近饱和区间出现因探测脉冲堆积以及超导电流不完全恢复而导致单一阈值鉴别器触发的TDC接收光子到达时间抖动性能显著恶化(引入的额外抖动半高全宽通常达到数百戳分别代表理论上和实际触发TDC并读出到达光子的效的软件方法抑制高计数率下SNSPD的抖动恶化问题，从而满足更高精度的时间测量应用5路窄脉冲信号和另一路同步标定信号，第一路窄脉冲信号通过光电转换单元进行电光转接入SNSPD系统触发探测器对周期性光子级信号的响应，由低噪声射频放大器生成的探测机处理多通道TDC模块接收到的各路时间戳并生成附加抖动连接1550nm线宽分布式反馈激光器和调制器偏光脉冲的同步标定信号在多通道TDC模块上以460mV触发阈值采集[0012]S02：将同步标定信号相邻时间戳间等距内插63个数据点作为与激光脉冲同频的值后的同步标定信号作为start信号同步触发的SNSPD探测脉冲到达时刻即为ΔT0+ΔT'，相对其上一时间戳的恢复时间作为此次探测的恢复时刻ΔT0+ΔT'的直方图，并对每个直方图内的时间戳分数对不同光强下采集到的探测脉冲时间戳进信号作为激光脉冲的同步标定信号在多通道TDC模块上以460mV触发6[0022]计算模块，插值后的同步标定信号与周期性光子脉冲信号只存在固定延迟ΔT0，利用插值后的同步标定信号作为start信号同步触发的SNSPD探测脉冲到达时刻即为ΔT0+ΔT'，ΔT'由脉冲堆积附加抖动引起，同时计时间戳相对其上一时间戳的恢复时间作为此次别生成到达时刻ΔT0+ΔT'的直方图，并对每个直方图内的时间戳分布进行高斯拟合获得用于其他光子计数率的工作场景，能够保证抖动优化方法在不同信号光子强度下的鲁棒[0028]图1为SNSPD高计数率下由脉冲堆积导致的TDC单一阈值触发光子附加时间抖动示[0036]本发明的原理是：提供了一种标定脉冲堆积引起的SNSPD探测光子附加抖动与探7脉冲标定信号的FPGA平台、射频脉冲放大器、铌酸锂电光调制器及其偏置电压控制器、[0047]首先在发射端，通过对FPGA平台上的两路GT收发器分别进行编码，产生一路比窄脉冲激光信号，用以经过适当光衰减和偏置控制器后接入16像素SNSPD系统触发探测路GT收发器产生的SYNC信号周期为前一路信号的64倍，直接接入多通道TDC模块并由额外的一路读出时间戳，上位机处理多通道TDC模块接收到的各路时间戳并按照后述方法生成像素氮化铌SNSPD阵列通过2.4K低温制冷及真空系统后连接低噪[0052]图3_5中给出了校正曲线标定过程中使用的两路信号在FPGA中原始的仿真波形，[0053]SNSPD在高计数率下(一般数十兆cps(Mcps))出现明显抖动恶化的程度与该探测期的目的就是使后续标定的恢复时间步长足够小(0.8ns)以较为精确地刻画校正曲线，即8为激光脉冲的SYNC信号在多通道TDC模块上以460mV触发阈值采集时间戳，以适配时间_数字转换器TDC最小350ps的信号脉宽输入和1.5ns读出死时间要求，然后将SYNC信号相邻时虑激光脉冲200ps展宽范围内的光子到达时刻分布影响，那么我们可以认为插值后的SYNC信号与周期性光子脉冲信号只存在固定延迟ΔT0，如图5所示，利用插值后的SYNC作为start信号同步触发的SNSPD探测脉冲到达时刻即为ΔT0+ΔT'(ΔT'由脉冲堆积附加抖动(99.2,100.0)ns的各个恢复时间区间内的探测脉冲时间戳分别生成到达时刻ΔT0+ΔT'的直方图，并对每个直方图内的时间戳分布进行高斯拟合获得其到达时刻的分布均值μ及半因为100ns以上的恢复时间对应的脉冲堆积抖动影响基本消失，因此对Trec≥100ns的时间积影响的消失而趋于稳定值μ0，那么较小Trec下的子直方图认为是附加抖动中可以补偿的确定性部分；而拟合的FWHM(半高全宽)在较小的Trec下则会较小Trec对应的子直方图样本数变多，从而使其也包含足够的样本数进行高斯拟合并生成9过基于查找表的一阶时间游走校正参数对不同光强下采集到的探测脉冲时间戳进行动态道的校正曲线寻找纵轴上对应的补偿时间，再附加到多通道TDC模块时间戳上作为补偿后