基于FSL总线的门光子计数器设计与实现
时间:2023-09-25 22:56 来源: 作者: 点击:次
0 引言 光学领域尤其是量子光学领域的实验常常需要进行单个相干光子的探测用于实现实验数据的采集。一般常用的配置是一个单光子探测器加上一个门光子,其前端的单光子探测器用来收集光子信号,每探测到一个光子产生一个TTL脉冲,后端的门光子用来记录该TTL上升沿数目并且与PC等其他器件通信或者同步。APD的工作方式相对简单,而门光子则由于具体实验需求不同而要求不同的工作方式,很难有一种通用的计数模式能够满足各种情况的需求。由于成本限制,功能固定的计数器往往因为没有广阔的市场而造成价格很高。另一方面,工业和科研界购买的商用计数器往往无法满足自己的具体需求而导致工作效率低下,甚至无法满足要求。 所谓门光子计数器就是针对单自旋量子调控实验研究中对单个光子探测的需求所研制的。单自旋量子调控是对晶体中的缺陷,如量子点和金刚石色心进行控制,其信号读出一般是通过自旋发生的单个光子进行探测实现的。在此类实验中常用的技术有三种:门光子计数、定时计数和相关函数测量。文中所述的系统建立了一种可扩展的通信和控制架构能够添加不同方式的计数功能。 1 系统结构设计 整体系统结构示意图如图1所示,通过PC机的以太网口实现与计数系统的数据通讯与命令传输,PC机将工作模式选择等命令通过网口向系统发送,而系统将在不同模式下的计数值及计数状态等数据通过网口发送到PC机,交由PC机对数据进行处理。系统的主芯片采用Xilinx的SPARTAN 3E系列的XC3S500E。系统的光子计数输入由两个BNC接口引入,这两个接口可以由FPGA进行配置,使光子计数器以不同的模式进行工作。系统的固件烧写在FLASH芯片内,SDRAM提供了大容量存储空间,用于运行时装载软核代码、计数应用代码以及存储计数的数据。
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