Moku 时间间隔与频率分析仪介绍及典型应用案例演示

时间间隔与频率分析仪是Moku设备上集成的第14个仪器功能，具备了时间间隔分析仪、事件计数器和频率分析仪等多种测量功能。其时间测量精度达到皮秒级（优于20ps RMS）及亚皮秒的数字分辨率且存在无死区时间。广泛应用于量子光学、航空航天、生物成像及等需要精确时间测量领域的应用。时间间隔与频率分析仪如何捕捉事件、间隔和测量值

Moku基于FPGA 技术结合高速的 ADC/DAC 的硬件平台开发时间间隔与频率分析仪，最高测量频率到150MHz，可以用于精确测量事件之间的时间间隔。这些事件通常是时变电压信号或脉冲，当输入电压达到给定阈值时，仪器就开始或停止记录事件。还能计算这些事件的数量，因此有时也被称为计数器或时间间隔计数器。在频域中，时间间隔与频率分析仪可以使用时间间隔信息来计算信号的瞬时频率和偏差。针对这些应用，Moku App直观的操作界面能提供实时直方图和统计分析数据，专业的数据可视化让信号分析更加高效便捷。内置的数据记录仪可以导出事件发生的原生时间戳，方便用户进行后续数据分析。
 

此图展示时间间隔与频率分析仪测量事件和时间间隔操作配置。演示如何通过定义两个上升沿事件（阈值为 0.1 V 的事件 A 和阈值为 0.9 V 的事件 B）来测量输入信号的上升时间。

Moku时间间隔与频率分析仪的测量过程是连续的，结果是汇总的，用户可以构建单个测量值的直方图并计算随时间变化的事件（计数、速率）和时间间隔（计数、平均值、最小值、最大值）的统计数据。另外，也可以在内部或通过外部门控信号定义的有限持续时间窗口内对所需指标进行评估。

光子计数-绘制实时时间间隔直方图

光子计数是量子光学等领域的研究中一项重要的实验技术，通过测量光子到达的时间间隔从而了解光子的行为特性。Moku 的时间间隔与频率分析仪最强大的功能之一就是光子计数实验，绘制实时的时间间隔直方图，用户能够观察光子的聚束或者反聚束效应，研究二阶相关函数并且分析光子源之间的相干属性。时间函数的二阶相关性研究被广泛用于量子光学，其中以 Hanbury-Brown-Twiss（HBT）实验最为著名，是实时直方图生成的理想应用案例。在 HBT 实验中，科学家在不同位置放置两个探测器来观察一对来自遥远光源的两束光子光束。一束光相对于另一束光经历了不同的路径长度，导致光子到达两个探测器的时间偏移。该实验以时间函数来测量达到每一个探测器的光强。然后分析被这两个探测器探测到的光强之间的相关性。从本质上讲，直方图反映了光子事件之间时间间隔的概率分布。
 

 

 

上图表现出反聚束效应的连续光子对之间的时间延迟直方图。通过直方图观察光子的到达时间，研究人员能够确定不同探测器上检测到的光子之间的重要空间和时间相关性。这些相关性有助于深入了解光源的性质，无论是相干激光束、固态发射源还是热光源。

更多应用解决方案  

Moku 时间间隔与频率分析仪还可以应用于光通信的脉冲信号宽度调制PWM，不仅可以获得从信号的脉冲宽度到调制深度等信号的基本信息。内置的输出功能在选择间隔检测并设定合适比例因子后您还可以得到对应于调制信号的解调，进一步增强了信号的分析能力。下方视频演示如何在Moku配置脉冲信号宽度调制测量。

 

现代化测量不但需要精确可靠的测试，同时需要多功能性来提升仪器的性能。Moku 的时间间隔与频率分析仪不仅可以在Moku 平台作为独立仪器使用，也可以在多仪器并行模式与其他 Moku 仪器功能一起组合使用形成一整套应用解决方案，以最大化提升实验效率及节省实验及时间成本。
 

此图展示了Moku:Pro 多仪器并行模式测试器件的反馈回路配置。通过多仪器并行模式，我们可以将时间间隔和频率分析仪、PID 控制器同时运行，和被控设备组成一个主动闭环调控系统。