Moku 時(shí)間間隔與頻率分析儀介紹及典型應(yīng)用案例演示

時(shí)間間隔與頻率分析儀是Moku設(shè)備上集成的第14個(gè)儀器功能，具備了時(shí)間間隔分析儀、事件計(jì)數(shù)器和頻率分析儀等多種測量功能。其時(shí)間測量精度達(dá)到皮秒級（優(yōu)于20ps RMS）及亞皮秒的數(shù)字分辨率且存在無死區(qū)時(shí)間。廣泛應(yīng)用于量子光學(xué)、航空航天、生物成像及等需要精確時(shí)間測量領(lǐng)域的應(yīng)用。時(shí)間間隔與頻率分析儀如何捕捉事件、間隔和測量值

Moku基于FPGA 技術(shù)結(jié)合高速的 ADC/DAC的硬件平臺開發(fā)時(shí)間間隔與頻率分析儀，最高測量頻率到150MHz，可以用于精確測量事件之間的時(shí)間間隔。這些事件通常是時(shí)變電壓信號或脈沖，當(dāng)輸入電壓達(dá)到給定閾值時(shí)，儀器就開始或停止記錄事件。還能計(jì)算這些事件的數(shù)量，因此有時(shí)也被稱為計(jì)數(shù)器或時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器。在頻域中，時(shí)間間隔與頻率分析儀可以使用時(shí)間間隔信息來計(jì)算信號的瞬時(shí)頻率和偏差。針對這些應(yīng)用，Moku App直觀的操作界面能提供實(shí)時(shí)直方圖和統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，專業(yè)的數(shù)據(jù)可視化讓信號分析更加高效便捷。內(nèi)置的數(shù)據(jù)記錄儀可以導(dǎo)出事件發(fā)生的原生時(shí)間戳，方便用戶進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析。

此圖展示時(shí)間間隔與頻率分析儀測量事件和時(shí)間間隔操作配置。演示如何通過定義兩個(gè)上升沿事件（閾值為 0.1 V 的事件 A 和閾值為 0.9 V 的事件 B）來測量輸入信號的上升時(shí)間。

Moku時(shí)間間隔與頻率分析儀的測量過程是連續(xù)的，結(jié)果是匯總的，用戶可以構(gòu)建單個(gè)測量值的直方圖并計(jì)算隨時(shí)間變化的事件（計(jì)數(shù)、速率）和時(shí)間間隔（計(jì)數(shù)、平均值、最小值、最大值）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。另外，也可以在內(nèi)部或通過外部門控信號定義的有限持續(xù)時(shí)間窗口內(nèi)對所需指標(biāo)進(jìn)行評估。

光子計(jì)數(shù)-繪制實(shí)時(shí)時(shí)間間隔直方圖

光子計(jì)數(shù)是量子光學(xué)等領(lǐng)域的研究中一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過測量光子到達(dá)的時(shí)間間隔從而了解光子的行為特性。Moku 的時(shí)間間隔與頻率分析儀最強(qiáng)大的功能之一就是光子計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)，繪制實(shí)時(shí)的時(shí)間間隔直方圖，用戶能夠觀察光子的聚束或者反聚束效應(yīng)，研究二階相關(guān)函數(shù)并且分析光子源之間的相干屬性。時(shí)間函數(shù)的二階相關(guān)性研究被廣泛用于量子光學(xué)，其中以 Hanbury-Brown-Twiss（HBT）實(shí)驗(yàn)最為著名，是實(shí)時(shí)直方圖生成的理想應(yīng)用案例。在 HBT 實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家在不同位置放置兩個(gè)探測器來觀察一對來自遙遠(yuǎn)光源的兩束光子光束。一束光相對于另一束光經(jīng)歷了不同的路徑長度，導(dǎo)致光子到達(dá)兩個(gè)探測器的時(shí)間偏移。該實(shí)驗(yàn)以時(shí)間函數(shù)來測量達(dá)到每一個(gè)探測器的光強(qiáng)。然后分析被這兩個(gè)探測器探測到的光強(qiáng)之間的相關(guān)性。從本質(zhì)上講，直方圖反映了光子事件之間時(shí)間間隔的概率分布。

上圖表現(xiàn)出反聚束效應(yīng)的連續(xù)光子對之間的時(shí)間延遲直方圖。通過直方圖觀察光子的到達(dá)時(shí)間，研究人員能夠確定不同探測器上檢測到的光子之間的重要空間和時(shí)間相關(guān)性。這些相關(guān)性有助于深入了解光源的性質(zhì)，無論是相干激光束、固態(tài)發(fā)射源還是熱光源。

更多應(yīng)用解決方案

Moku 時(shí)間間隔與頻率分析儀還可以應(yīng)用于光通信的脈沖信號寬度調(diào)制PWM，不僅可以獲得從信號的脈沖寬度到調(diào)制深度等信號的基本信息。內(nèi)置的輸出功能在選擇間隔檢測并設(shè)定合適比例因子后您還可以得到對應(yīng)于調(diào)制信號的解調(diào)，進(jìn)一步增強(qiáng)了信號的分析能力。下方視頻演示如何在Moku配置脈沖信號寬度調(diào)制測量。

現(xiàn)代化測量不但需要精確可靠的測試，同時(shí)需要多功能性來提升儀器的性能。Moku 的時(shí)間間隔與頻率分析儀不僅可以在Moku 平臺作為獨(dú)立儀器使用，也可以在多儀器并行模式與其他 Moku 儀器功能一起組合使用形成一整套應(yīng)用解決方案，以最大化提升實(shí)驗(yàn)效率及節(jié)省實(shí)驗(yàn)及時(shí)間成本。

此圖展示了Moku:Pro 多儀器并行模式測試器件的反饋回路配置。通過多儀器并行模式，我們可以將時(shí)間間隔和頻率分析儀、PID 控制器同時(shí)運(yùn)行，和被控設(shè)備組成一個(gè)主動閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)。