本次回顾和问答是对我们题为“利用基于 FPGA 的仪器推进时间间隔测量技术”的网络研讨会的补充，该网络研讨会是我们于 22 年 2024 月 XNUMX 日与 Optics.org 共同主办的。能 注册并获取点播链接.
除了网络研讨会摘要之外，我们还针对以下选定的观众问题提供深入的解答。
网络研讨会回顾
演讲由三个部分组成。首先，我们介绍了时间间隔分析的概念，并讨论了时间间隔测量设备的常见特征和功能，例如事件检测、计数、时间戳和统计分析。
我们探索了时间间隔分析仪的各种应用，特别关注三个应用：振荡器表征、光子计数和自由空间光通信。我们还讨论了现代时间间隔仪器和软件的一些问题。
接下来，我们介绍了 Moku 时间频率分析仪 作为一种工具，凭借其精细的数字分辨率、高数据吞吐量和实时直方图生成功能，解决了之前提出的许多问题。
最后，我们以 Moku 时间和频率分析仪的现场演示结束了此次演讲，并为所提出的每个用例配置了仪器。
观众提问
780 fs 是理论分辨率吗？实际测量分辨率是多少？
Moku 时间和频率分析仪有一个 数字分辨率 部署时为 780 fs Moku:Pro。该数字表示两个事件之间的最小可检测时间差，或使用直方图函数时的最小箱宽度。
时间与频率分析仪的 RMS 抖动小于 20 ps，这个数字有时被称为 单次拍摄分辨率。 当从一个镜头到另一个镜头进行测量时，抖动会导致时间波动，并导致直方图变宽，如图 1 所示，而箱本身的宽度对应于数字分辨率。对重复测量进行平均有助于补偿随机抖动。
图1： 带抖动的直方图。使用Moku 波形发生器 仪器，通过设备的内部连接将 10 MHz 射频信号施加到 Moku 时频分析仪。直方图区间的宽度由仪器的数字分辨率决定。抖动的影响是拓宽时域分布；RMS 抖动的确切值可以通过直方图的半峰全宽计算得出。
最小时间间隔怎么能比采样率短呢？
Moku:Pro 的最大输入采样率为 5 GS/s，相当于 200 ps 的周期。虽然计算这些时钟周期无疑是测量较长时间间隔的有效方法，但这只能提供粗略的时间测量，并且总是会将事件舍入到下一个周期。为了获得更高分辨率并测量时钟周期之间发生的事件，必须使用混合方法。继续阅读以了解有关此测量技术的更多详细信息。
时间测量的原理是什么？是延迟链/延迟线芯片吗？内部最小延迟线是如何校准的？
在其他时间数字转换器（TDC）中，通过使用插值器来执行精细时间测量，插值器可以测量小于时钟周期的时间周期。这是通过一个 抽头延迟线，它使用一系列固定延迟和锁存器来计算启动和停止信号之间的时间差。然而，请注意，抽头延迟线不适合长时间周期的测量，并且需要与粗略测量数据组合（混合）以返回完整的时间间隔信息。
Moku硬件完全基于可重构FPGA，没有物理延迟线或专用芯片。因此，不需要延迟线校准。时间数字转换器 (TDC) 完全通过 FPGA 实现，并通过数字信号处理算法执行插值和混合。 FPGA 硬件的效率和速度使 Moku 时间和频率分析仪能够区分时间分辨率低至 780 fs 的事件。
时频分析仪可以实时处理吗？什么是内部延迟？
是的。 FPGA 平台的另一个优势是其高数据吞吐量，Moku 时间和频率分析仪利用此功能进行无缝、零死区事件检测以及实时生成统计数据和直方图。间隔计数或长度的瞬时测量可用于通过仪器的模拟输出功能提供反馈。时间和频率分析仪的输入到输出延迟低于 500 ns。
该软件支持光子符合计数吗？
是的。光子计数是我们用户普遍要求的一项功能，因此时间和频率分析仪从一开始就考虑到了此功能。凭借零死区时间事件检测以及实时直方图和统计信息，Moku 为光子计数实验提供了高效的平台。
一种常见的光子计数方法是 Hanbury Brown-Twiss 实验，可以使用 Moku:Pro 轻松设置该实验，如下图 2 所示。一对光电二极管连接到 Moku 上的输入 1 和 2，用于接收光源产生的光子。 Moku 时间和频率分析仪收集探测器 A 上的光子事件与探测器 A 上的光子事件之间的时间间隔信息。 检测器 B，生成结果直方图，告知光源的性质。请参阅本应用说明 汉伯里·布朗-特维斯实验 获取更多信息。
具体来说，这些测量中的关键品质因数是 巧合, 或者光电二极管同时记录一个事件多少次。在直方图上，这对应于时间仓 t = τ，在 Moku:Pro 上 τ 是光电二极管信号路径之间的相对延迟。
要从时间和频率分析仪生成的直方图中恢复精确值，请首先实时收集数据，或使用嵌入式数据记录仪仪器。然后可以通过云按钮（请阅读下文了解更多详细信息）或通过 Python API.
图 2：采用 Hanbury Brown-Twiss 配置的 Moku:Pro，由光源、偏振分束器和连接到设备输入的两个光电二极管 (PD) 组成。 PD 检测到的事件触发时间和频率分析仪启动和停止时间间隔测量，结果显示时间相关性信息。
它可以用于距离测量和其他激光雷达应用吗？
是的。在雷达和激光雷达等应用中，物体距离通常通过飞行时间测量来确定，飞行时间是指信号到达物体后反射并返回探测器所需的时间。在这些测量中，较小的时间分辨率至关重要，因为这会限制可测量距离的精度。Moku 时间频率分析仪的数字分辨率低至 780 fs，单次分辨率小于 20 ps，使其成为满足光通信需求的有效选择。
是否必须使用SD卡来采集数据，还是可以直接使用软件界面上的按钮来记录数据？
尽管 SD 卡确实是 Moku:Pro 的一个选项，但数据收集并不需要它们。所有 Moku 设备都能够将数据直接记录到其内部存储器中，这些数据可以通过 Wi-Fi、USB 或以太网传输到测量 PC。您可以使用以下命令查看设备上的可用内存量 Moku数据记录仪 仪器（或任何嵌入式版本）。通过单击云图标来管理或传输您的文件；详细信息请参见图 3。
图 3：Moku:Go 数据记录仪仪器。可用内存显示在右下角（绿色椭圆形）。文件管理按钮位于仪器 UI 的顶部中心（蓝色圆圈）。
感谢您观看我们的网络研讨会。我们期待与您再次相见！
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