Desarrollo de un sistema para el conteo de múltiples señales en coincidencia basado en tecnología FPGA

Abstract

La detección de señales en coincidencia desempeña un rol importante en distintas aplicaciones tecnológicas de metrología o comunicación, y en particular en el campo de la óptica cuántica. En este sentido, la detección simultánea de dos o más fotones permite explotar las características no clásicas de la luz, las cuales se manifiestan mediante correlaciones que no son posibles en una descripción clásica. Presentamos aquí el desarrollo de módulos programables, basados en tecnología FPGA, que componen el sistema de detección y conteo de pulsos en coincidencias. La arquitectura implementada en una placa de desarrollo de la firma Xilinx, permite determinar cuándo dos o más pulsos coinciden dentro de una ventana temporal, cuyo ancho puede configurarse entre 1 y 255 ns para compensar posibles diferencias de camino. Como producto de las medidas de pulsos individuales y en coincidencias, se obtuvieron y compararon las estadísticas de detección con las predichas teóricamente. Adicionalmente, se emularon las señales correspondientes a diferentes fuentes de fotones a través de un divisor de haz, y se obtuvieron las estadísticas de fotodetección a partir de las cuales se determinó, para cada caso, la función de correlación de segundo orden g(²)(τ).

The detection of temporally coincident signals plays an important role in different technological applications for metrology and communication, and particularlly, in the area of quantum optics. In this sense, the simultaneous detection of two or more photons allows one to take advantage of the non-classical features of light that manifest themselves in certain types of correlations that cannot be described classically. We present here the development of programmable modules, by using FPGA technology, which are part of the coincident pulse detection and counting system. Our implementation, in a development board from Xilinx, allows to determine when two or more pulses overlap within a temporal window, with a configurable width in the range of 1 and 255 ns to compensate for possible path differences. We obtained the photodetection statistics result of the single and coincident pulse measurements, and compared them with that predicted by a theoretical analysis. In addition, we have emulated the signals corresponding to different photon sources through a beam splitter, and obtained the photodetection statistics from which we determine, for each case, the second order correlation function g(²)(τ).