单光子探测数据采集及处理系统设计

论文摘要

计算机数据采样及处理技术是高性能集成电路、计算机总线、虚拟仪器等高新技术不断发展和融合的产物,广泛应用于工业生产和科学研究等诸多领域。基于PCI总线技术的多功能高速数据采集卡的单光子探测数据采集作为量子信息处理中的一个重要环节,可以将探测器探测到的光子信号更直观更便捷的实时显示出来,并通过软件实现对数据的进一步处理和存储等工作。本文首先简述了适用于1550nm光通信波段,基于InGaAs雪崩光电二极管（InGaAs-APD）单光子探测器的功能结构、特性参数及工作方式。其次,在充分了解数据采集原理、PCI总线技术以及美国NI公司出品的M系列PCI-6251多功能高速数据采集卡性能及工作模式的基础上,构建了适用于高速单光子探测的数据采集系统。接着,利用基于图形编程语言（G语言）的LabVIEW8.20软件编写应用程序,分别实现了对单通道和双通道光子数据的采集,并通过应用程序对数据进行显示、处理、存储等操作。从单光子数据采集系统在关联光子对探测实验中的测试结果来看,本文设计的应用程序可以满足实时显示采集数据及对数据进行相关计算和存储的设计要求。由于LabVIEW软件基于数据流的程序执行过程,因此在高速数据采集时不能将数据采集和数据分析放在同一个循环中进行,文章最后基于此提出了应用生产者-消费者模型对应用程序进行改进和优化的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 单光子探测的应用背景
• 1.2 单光子探测技术
• 1.2.1 单光子探测器件
• 1.2.2 APD 单光子探测的基本原理
• 1.2.3 InGaAs-APD 单光子探测器
• 1.3 InGaAs-APD 用于单光子探测的工作模式
• 1.3.1 无源抑制
• 1.3.2 有源抑制
• 1.3.3 门模模式
• 1.4 基于光纤的关联光子对的产生和探测
• 1.5 本文的主要研究内容和意义
• 第二章 单光子数据采集系统的硬件支持
• 2.1 单光子数据采集系统概述
• 2.1.1 单光子数据采集系统的硬件构成
• 2.1.2 PCI-6251 数据采集卡的主要性能
• 2.2 PCI-6251 采集卡的安装和配置
• 2.2.1 PCI-6251 采集卡与系统的连接和安装
• 2.2.2 应用MAX 配置PCI-6251 数据采集卡
• 2.3 小结
• 第三章 数据采集系统的应用程序设计
• 3.1 虚拟仪器及LabVIEW 简介
• 3.1.1 虚拟仪器技术
• 3.1.2 LabVIEW 概述
• 3.2 应用NI-DAQmx 系统进行数据采集
• 3.3 应用程序的实现
• 3.3.1 单通道的光子数据采集
• 3.3.2 双通道的光子数据采集
• 3.4 应用程序的优化
• 3.5 小结
• 第四章 实验与总结
• 4.1 单光子数据采集系统在关联光子对探测实验中的应用
• 4.2 本文的主要工作
• 4.3 对以后工作的展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢