Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Однофотонные приёмники для систем квантового распределения ключей. Учебное пособие
.pdf
2.8. Фототиристоры
61
Само включение по-прежнему будет осуществляться действием светового
потока.
u
0
i
Ф3>Ф2
Ф2>0
Ф1=0
Uвкл3 Uвкл2 Uвкл1
Рис. 2.25. Вольт-амперные характеристики фототиристора
Фототиристоры могут успешно применяться в различных автоматических устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Важные достоинства фототиристоров малое потребление мощности во включённом состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое (доли секунды) время включения.
3. Однофотонный приемный модуль ID 201
62
3. ОДНОФОТОННЫЙ ПРИЕМНЫЙ МОДУЛЬ ID 201
3.1. Принцип работы однофотонного приёмного модуля ID 201
Однофотонный приёмный модуль ID 201, предназначенный для
счёта фотонов, включает в себя охлаждаемый InGaAs/InP ОЛФД, устройства смещения, гашения и контроля30. На рис. 3.1 представлена структурная схема однофотонного приёмного модуля.
Для оптимизации отношения сигнал/шум рабочая температура
ОЛФД устанавливается при сборке равной минус 50 ºС, и в дальнейшем не
может изменяться пользователем. Автоматическая подстройка температуры ОЛФД до этого значения при работе фотодетектора осуществляется с
помощью термоэлектрического холодильника (ТЭХ), управляемого пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) регулятором.
Лавинный фотодиод, имеющийся в составе модуля, работает в ре-
жиме стробирования. Во время подачи стробирующего импульса напряжение смещения ОЛФД увеличивается до уровня, превышающего напряжение пробоя. Подача оптического сигнала с длиной волны 1550 нм на фоточувствительную поверхность ОЛФД осуществляется через одномодовое
оптическое волокно (SMF), вход для которого имеется на передней панели
модуля.
Блок формирования сигнала запуска обеспечивает генерацию управляющего сигнала синхронизации для генератора стробирующих импульсов. При работе можно использовать как внутренний, так и внешний источник сигнала запуска. Внутренний источник подключается к приёмному модулю посредствам входов NIM, TTL и Var. При использовании входа Var
пользователь может задавать уровень сигнала, нагрузочное сопротивление
и выбирать, по какому фронту (переднему или заднему) сигнала запуска
будет происходить формирование импульсов стробирования. Предельная
частота работы внешнего источника сигнала запуска не должна превышать
8 МГц. Частота внутреннего источника сигнала запуска задаётся делителем
30
ID 201 Single-photon detection module: operating guide (Электронный ре-
сурс) http://www.idquantique.com/images/stories/PDF/ID 201-single-photon-counter/
ID 201-operating-guide.pdf.
3.1. Принцип работы однофотонного приёмного модуля ID 201
63
частоты внутреннего генератора развёртки и может быть установлена равной 1, 10, 100 или 1000 кГц. Также имеется возможность вывода сигнала с
внутреннего источника для последующей его синхронизации с другим оборудованием.
Линия задержки позволяет устанавливать временную задержку
между формированием сигнала запуска и подачей стробирующего импульса на ОЛФД. Это позволяет синхронизировать стробирующий и оптический сигналы. Длительность задержки регулируется в интервале от 0 до
25 нс с шагом 100 пс.
Стробирующий генератор и импульсов обеспечивают выработку
стробирующего сигнала с заданной длительностью и амплитудой. Длительность стробирующего импульса настраивается с помощью органов
управления, расположенных на передней панели однофотонного приёмного модуля. Длительность может принимать заранее заданное при проектировании генератора значение (2,5, 5, 20, 50 и 100 нс) или значение, введённое пользователем при помощи клавиатуры на передней панели прибора. Амплитуда импульса зависит от задаваемой пользователем вероятности детектирования фотона. Вероятность детектирования устанавливается
путём выбора одного из имеющихся значений (5, 10, 15, 20 %), либо вводится пользователем как в предыдущем случае.
При высоких частотах сигнала запуска для устранения нежелательного эффекта остаточного импульса однофотонного приёмного модуля
ID 201 позволяет устанавливать временную задержку после каждого события регистрации лавины, в течение которой ОЛФД будет игнорировать сигналы запуска. Такое время нечувствительности может принимать значения,
равные 0, 1, 2, 5 или 10 мкс.
Счётчик, данные с которого отображаются на передней панели прибора, контролирует сигнал детектирования и сигнал запуска. При каждом
детектировании фотона фотодетектор вырабатывает электронные импульсы уровней NIM и TTL, выход которых имеется на передней панели
прибора. Эти импульсы могут быть использованы при последующей обработке данных. Дополнительный счётчик даёт возможность подсчёта внешних сигналов, при этом мониторинг процесса будет отображаться на перед-
ней панели прибора.
3. Однофотонный приемный модуль ID 201
64
Рис.
3.1.
Структурная схема однофотонного приёмного модуля ID
201
3.2. Органы управления однофотонного детектора ID 201
65
3.2. Органы управления однофотонного детектора ID 201
На передней панели однофотонного приёмного модуля (рис. 3.2)
расположен дисплей, предназначенный для отображения информации, клавиши выбора меню и параметров настройки, оптический вход, электрические входы/выходы и кнопка включения/выключения.
Дисплей
Клавиши выбора меню и
настройки параметров
Кнопка
включения/
выключения
Оптический
вход
Электрические входы/выходы
Рис. 3.2. Передняя панель однофотонного приёмного модуля ID 201
Ниже даётся расшифровка назначения кнопок и входов/выходов модуля.
Кнопка включения/выключения (Power) в положении «1»
указывает на работу однофотонного приёмного модуля; в положении «0» модульвыключен. При нормальной работе однофотонного приёмного модуля светодиодный индикатор «Status»,
расположенный над кнопкой, светится зелёным цветом.
Оптический вход (OpticalIn) предназначен для подсоедине-
ния одномодового (Singlemode) оптического волокна с разъёмом
FC/PC.
Электрический вход для сигнала запуска (Trigger) выпол-
нен в виде разъёма BNC. При подключении к однофотонному
приёмному модулю генератора сигнала запуска с параметрами,
отвечающими требованиям модуля, индикатор Trigged светится
зелёным цветом.
3. Однофотонный приемный модуль ID 201
66
Электрический выход задержанного по времени сиг-
нала запуска (GateOut) выполнен в виде разъёма BNC. Дли-
тельность сигнала равна длительности импульса запуска.
Выходы сигналов детектирования (Detection) выполнены
в виде разъёмов BNC. Доступны выходы NIM и TTL. При детектировании индикатор «Detect» светится зелёным цветом.
Выход сигнала синхронизации (Clockout) выполнен в виде
разъёма BNC. При наличии сигнала синхронизации индикатор
«Enable» светится зелёным цветом.
Вход дополнительного счётчика (Auxcounter) выполнен в
виде разъёма BNC. При детектировании индикатор «Trigged»
светится зелёным цветом.
Для выбора меню и настройки параметров предусмотрены клавиши.
В режиме счёта фотонов при нажатии на клавишу Enter
отображается главное меню настроек Setup. Если меню отображено, то нажатием клавиши Enter выбирается выделенный объект. При вводе численных значений нажатие на клавишу Enter
подтверждает значение и возвращает пользователя на предыдущий уровень.
Клавиши Down и Up используются для передвижения по
пунктам меню и списку значений. При нормальном режиме работы эти клавиши также могут использоваться для смены режимов работы дисплея.
Клавиша Exit используется для выхода из меню и возврата
на предыдущий уровень. В списке значений нажатие на эту клавишу подтверждает значение и возвращает пользователя на
предыдущий уровень.
Клавиша Start/Stop используется для начала и окончания из-
мерений.
Структура меню однофотонного приёмного модуля ID 201 представ-
лена на рис. 3.3. Навигация по пунктам меню осуществляется при помощи
клавиш выбора меню и настройки параметров, расположенных на передней
панели прибора.
3.2. Органы управления однофотонного детектора ID 201
67
Меню настроек
Сигнал запуска
Источник
Задержка
Без задержки
Задать задержку
Частота
Вход
NIM
TTL
VAR
Уровень
Фронт
Нагрузка
Детектор
Вероятность
детектирования
Длительность
строб-импульса
Длительность
строб-импульса
Время
нечувствительности
Смещение
Доп. счетчик
NIM
TTL
VAR
Уровень
Фронт
Нагрузка
Вспомогательные
настройки
Частота обновления
Яркость
(Внутренний, Внешний)
(1 кГц, 10 кГц, 100 кГц, 1 МГц)
(Передний, Задний)
(50 Ом, Высокоимпедансная)
(10%, 15%, 20%, 25%, USER)
(2.5 нс, 5 нс, 20 нс, 50 нс, 100 нс)
(-5В…+5В)
если «Вероятность детектирования» ≠ «USER»
(0...20 нс)
если «Вероятность детектирования» = «USER»
(Нет, 1 мкс, 2 мкс, 5 мкс, 10 мкс)
(0...4095) если «Вероятность детектирования» = «USER»
(Передний, Задний)
(50 Ом, Высокоимпедансная)
(-5В…+5В)
(0.2 с, 1 с, 2 с, 10 с, 20 с)
(Низкая, Высокая, Авто 10 с)
(0...25 нс)
Рис. 3.3. Структура меню однофотонного приёмного модуля ID 201
3. Однофотонный приемный модуль ID 201
68
На задней панели однофотонного приёмного модуля (рис. 3.4) рас-
полагаются вентилятор, последовательный порт для подключения к компьютеру, разъём для подключения питания и предохранитель.
Вентилятор
Разъём для
подключения питания
Предохранитель
Последовательный
порт (RS-232)
Рис. 3.4. Задняя панель однофотонного приёмного модуля ID 201
3.3. Настройка параметров сигнала запуска однофотонного
приёмного модуля ID 201
Перед началом работы необходимо выбрать источник сигнала за-
пуска, который будет обеспечивать синхронизацию источника оптических
сигналов и генератора стробирующих импульсов однофотонного приёмного модуля ID 201. Для входа в меню настроек Setup необходимо нажать
клавишу Enter. Передвижение по пунктам меню Setup осуществляется с по-
мощью навигационных клавиш Up и Down. Для входа в меню настроек параметров сигнала запуска необходимо выбрать пункт Trigger и нажать клавишу Enter.
Выбор внешнего источника сигнала запуска. В меню настроек па-
раметров сигнала запуска Trigger для выбора необходимого пункта используйте клавиши Up и Down. Выберите пункт меню Sourse и нажмите клавишу Enter. При этом откроется подменю пункта меню Sourse. Для выбора
необходимого типа источника сигнала запуска используйте клавиши Up,
Downи Enter. Можно выбрать либо внутренний (Internal), либо внешний
3.4. Настройка параметров фотодетектирования
69
(External) источник сигнала запуска. Выделите нужный пункт и нажмите
клавишу Enter.
Выбор типа входного сигнала. Для работы однофотонного приёмного модуля также необходимо установить тип входного сигнала. В меню
настроек параметров источника сигнала запуска Trigger при помощи клавиш
Up и Down выделите пункт Input и нажмите клавишу Enter. Можно выбрать
три типа входного сигнала: NIM, TTL и Var. Параметры первых двух типов
установлены заранее. При выборе типа Var необходимо дополнительно установить ещё три параметра. Для выбора необходимого параметра используйте
клавиши Up, Down и Enter. Первый параметр задаёт уровень срабатывания
сигнала запуска. Для установки его значения выберите пункт Level и
нажмите клавишу Enter. Для выбора требуемого уровня срабатывания сигнала запуска в вольтах используйте клавиши Up и Down. Второй параметр
сигнала запуска задаёт фронт срабатывания. При помощи клавиш Up и Down
можно выбрать передний или задний фронт.
Третий параметр сигнала запуска задаёт нагрузку. При помощи клавиш Up и Down можно выбрать одно из двух значений – 50 ohms или HidhZ.
При выделении одного из значений оно автоматически принимается. Для перехода на предыдущий уровень меню используйте клавиши Enter или Exit.
Настройка задержки сигнала запуска. При выборе внешнего источника сигнала запуска имеется возможность установить задержку этого
сигнала. В пункте меню Trigger с помощью клавиш Up, Down и Enter выберите пункт Delay. В меню установки задержки сигнала запуска External
Trigger Delay предлагается два варианта. Первый из них (Bypass) позволяет
шунтировать внутреннюю линию задержки для уменьшения флуктуаций
импульсов. Второй вариант (Set) позволяет с помощью клавиш Up и Down
задать значение внутренней линии задержки. При настройке данного параметра необходимо, чтобы на дисплее отображалась информация с внутреннего счётчика для мониторинга процесса счёта фотонов.
3.4. Настройка параметров фотодетектирования
После выбора требуемых параметров внешнего источника сигнала
запуска необходимо задать параметры фотодетектирования. Для этого в
меню настроек Setup нажмите клавишу Enter. Выберите пункт меню параметров фотодетектирования Detect. При этом отобразится подменю
3. Однофотонный приемный модуль ID 201
70
Detection. Для выбора необходимого пункта используйте клавиши Up,
Down и Enter.
Установка вероятности детектирования фотонов. Для выбора данного параметра выделите пункт Det.Prob. и нажмите клавишу Enter. В появившемся списке значений передвигайтесь с помощью клавиш Up и Down. При
выделении одного из значений оно автоматически принимается. Для перехода
на предыдущий уровень меню используйте клавиши Enter или Exit.
При выборе значения USER необходимо установить значение смещения в пункте меню Bias.
Задание длительности стробирующего импульса. Для установления значения длительности стробирующего импульса необходимо выбрать
пункт меню Width и нажать клавишу Enter. В появившемся списке значений
передвижение осуществляется с помощью клавиш Up и Down. При выделении одного из значений оно автоматически принимается. Для перехода на
предыдущий уровень меню используйте клавиши Enter или Exit.
Если в пункте меню Det.Prob. выбрано значение USER, то длительность стробирующего импульса должна быть определена пользователем в
диапазоне от 0 до 20 нс.
Для достижения лучших рабочих характеристик всегда следует выбирать наиболее короткие длительности стробирующих импульсов. Значения
длительности стробирующего импульса, представленные в списке, соответствуют максимальной длительности на уровне половины максимума амплитуды стробирующего импульса. Реальные длительности стробирующих импульсов могут отличаться от представленных здесь значений.
Выбор времени нечувствительности. Такой параметр, как время
нечувствительности, очень полезен для уменьшения уровня шума, вызванного остаточным импульсом. При этом однофотонный приёмный модуль
ID 201 не регистрирует импульсы, превышающие уровень напряжения
смещения, которые появляются в течение некоторого времени после окончания лавины. Время нечувствительности выбирается клавишей Enter. При
этом появляется список временных значений. При выборе значения None
детектор имеет нулевое время нечувствительности.
При настройке данного параметра необходимо, чтобы на дисплее
отображалась информация с внутреннего счётчика для мониторинга процесса счёта фотонов.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]