多通道光子到达时间测量中高精度时间数字转换器的研究
摘要
在光场高阶光子关联测量中，需要利用高精度时间数字转换器（TDC）实现对光子到达时间的精确测量，并且时间数字转换器对光子到达时间测量的精度起着决定性作用。本课题组利用现场可编程门阵列（FPGA）硬件平台研发了一种精确测量光子到达时间的8通道高精度时间数字转换器采集系统。结合“粗计数”与“细测量”实现高精度测量，并发展了CARRY4两抽头（CO0和CO3）结构以构造抽头延迟链，从而实现细测量，在克服超前进位限制的同时有效提升了时间数字转换器的分辨率。通过使用切换输入级和双模式单计数器编码，将时间数字转换器的死区时间减少到一个系统时钟周期。采用码密度校准法对延迟单元的非线性时延进行校准，并通过千兆以太网进行数据传输。实验结果表明：研发的8通道高精度时间数字转换器的平均分辨率为34.7 ps，精度为26.3 ps；对于1模式，微分非线性范围为（-0.75tLSB， 1.5tLSB），其中tLSB为系统的时间分辨率，积分非线性范围为（-2tLSB， 2.8tLSB）；对于0模式，微分非线性范围为（-0.76tLSB， 1.32tLSB），积分非线性范围为（-1.2tLSB， 1.9tLSB）。最后，在时间相关单光子计数测量系统中对该时间数字转换器件进行验证，证明了该系统在多通道光子到达时间测量方面的可行性。
引用本文（GB/T 7714）
葛文博 Ge Wenbo, Yanqiang Guo, 林发定 Lin Fading, 等. 多通道光子到达时间测量中高精度时间数字转换器的研究[J]. Chinese Journal of Lasers, 2025.
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