ПиТЭ

dibr — 14.06.2023 "Приборы и техника эксперимента" (будет интересно только тем, кому интересны приборы и, эээ, техника эксперимента).

Изготовили тут на работе высоконаучную фигню, назовём её условно "нано-светодиод": приложишь напряжение - светится, правда очень тускло. И захотели измерить у этой штуковины временнЫе характеристики - насколько быстро загорается, большое ли послесвечение (ожидаем в районе единиц наносекунд). Взяли генератор импульсов, детектор одиночных фотонов, убедились что детектор при подключении к динамику и подаче на наш светодиод постоянного напряжения даже не трещит, а шипит, то есть фотонов летит много, подключили к осциллографу (счётчика-коррелятора, специально под это заточенного, у нас пока нет, но "мы работаем над этим"), засинхронизовали осцил одним каналом за импульсы, и приготовились усреднять вторым каналом одиночные фотоны.
И с треском обломались: то, что детектор шипит, означает что летит там порядка 10000 фотонов в секунду: дофига, если считать каждый фотон, но... при ожидаемом времени послесвечения порядка наносекунд, смотреть нам надо в "окно" порядка 100 нс, а при 10000 фотонов в секунду фотон в это окно будет попадать один раз за тысячу измерений (в окно 10 нс, где реально будет какая-то динамика - за 10000 измерений). Осциллограф у нас в принципе быстрый и умненький, но сам копить не умеет (а усреднение практически не помогает), а осциллограмму, даже короткую, в компьютер отдаёт мучительно долго: 3-4 секунды. Итого получается, что мы имеем один пойманный фотон в час (3000-4000 секунд), и чтобы накопить статистику хотя бы в 1000 фотонов, нам потребуется 1000 часов. Упс. Тупик?

Оказалось, нет. То, что фотонов у нас как бы много ("детектор шипит"), но при этом относительно мало (один раз за 1000), означает что (1) вероятность того, что за время импульса прилетят два фотона, исчезающе мала, можно считать что за импульс либо прилетит один фотон, либо ни одного, и (2) значительная часть фотонов прилетают "по делу", то есть являются результатом импульса, а не засветкой или "темновым шумом".
А раз так, давайте засинхронизируемся не по импульсу, а по прилетающему фотону, и только по прилёту фотона с соседнего канала будем считывать импульс. От которого будем брать только его фронт, вычислять с каким упреждением относительно фотона был импульс, и складывать всё это в табличку/график - ведь с точки зрения физики, если фотоны одиночные, то какая разница, смотреть через какое время после импульса прилетел фотон, или за какое время до фотона был импульс.

Эксперимент показал, что "по делу", не от засветок, в импульсном режиме прилетает примерно половина пойманных фотонов, и за ночь (часов за 15) накопилась статистика из нескольких тысяч фотонов. Т.е. получается что мы чисто программно, изменив методику сбора данных, "сравнительно честно" увеличили чувствительность где-то в 1000, если не в 10000 раз.

Нравится мне вот это вот всё, когда сначала вроде нельзя, но если вывернуть наизнанку то оказывается что на самом деле можно.
Но счётчик-коррелятор всё равно нужен, он к этому ещё минимум три нолика припишет. Потому что соберёт и сосчитает примерно _все_ фотоны

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив