Moku 時間間隔與頻率分析儀介紹及典型應用案例演示

時間間隔與頻率分析儀是Moku設備上集成的第14個儀器功能，具備了時間間隔分析儀、事件計數器和頻率分析儀等多種測量功能。其時間測量精度達到皮秒級（優于20ps RMS）及亞皮秒的數字分辨率且存在無死區時間。廣泛應用于量子光學、航空航天、生物成像及等需要精確時間測量領域的應用。時間間隔與頻率分析儀如何捕捉事件、間隔和測量值

Moku基于FPGA 技術結合高速的 ADC/DAC的硬件平臺開發時間間隔與頻率分析儀，最高測量頻率到150MHz，可以用于精確測量事件之間的時間間隔。這些事件通常是時變電壓信號或脈沖，當輸入電壓達到給定閾值時，儀器就開始或停止記錄事件。還能計算這些事件的數量，因此有時也被稱為計數器或時間間隔計數器。在頻域中，時間間隔與頻率分析儀可以使用時間間隔信息來計算信號的瞬時頻率和偏差。針對這些應用，Moku App直觀的操作界面能提供實時直方圖和統計分析數據，專業的數據可視化讓信號分析更加高效便捷。內置的數據記錄儀可以導出事件發生的原生時間戳，方便用戶進行后續數據分析。

此圖展示時間間隔與頻率分析儀測量事件和時間間隔操作配置。演示如何通過定義兩個上升沿事件（閾值為 0.1 V 的事件 A 和閾值為 0.9 V 的事件 B）來測量輸入信號的上升時間。

Moku時間間隔與頻率分析儀的測量過程是連續的，結果是匯總的，用戶可以構建單個測量值的直方圖并計算隨時間變化的事件（計數、速率）和時間間隔（計數、平均值、最小值、最大值）的統計數據。另外，也可以在內部或通過外部門控信號定義的有限持續時間窗口內對所需指標進行評估。

光子計數-繪制實時時間間隔直方圖

光子計數是量子光學等領域的研究中一項重要的實驗技術，通過測量光子到達的時間間隔從而了解光子的行為特性。Moku 的時間間隔與頻率分析儀最強大的功能之一就是光子計數實驗，繪制實時的時間間隔直方圖，用戶能夠觀察光子的聚束或者反聚束效應，研究二階相關函數并且分析光子源之間的相干屬性。時間函數的二階相關性研究被廣泛用于量子光學，其中以 Hanbury-Brown-Twiss（HBT）實驗最為著名，是實時直方圖生成的理想應用案例。在 HBT 實驗中，科學家在不同位置放置兩個探測器來觀察一對來自遙遠光源的兩束光子光束。一束光相對于另一束光經歷了不同的路徑長度，導致光子到達兩個探測器的時間偏移。該實驗以時間函數來測量達到每一個探測器的光強。然后分析被這兩個探測器探測到的光強之間的相關性。從本質上講，直方圖反映了光子事件之間時間間隔的概率分布。

上圖表現出反聚束效應的連續光子對之間的時間延遲直方圖。通過直方圖觀察光子的到達時間，研究人員能夠確定不同探測器上檢測到的光子之間的重要空間和時間相關性。這些相關性有助于深入了解光源的性質，無論是相干激光束、固態發射源還是熱光源。

更多應用解決方案

Moku 時間間隔與頻率分析儀還可以應用于光通信的脈沖信號寬度調制PWM，不僅可以獲得從信號的脈沖寬度到調制深度等信號的基本信息。內置的輸出功能在選擇間隔檢測并設定合適比例因子后您還可以得到對應于調制信號的解調，進一步增強了信號的分析能力。下方視頻演示如何在Moku配置脈沖信號寬度調制測量。

現代化測量不但需要精確可靠的測試，同時需要多功能性來提升儀器的性能。Moku 的時間間隔與頻率分析儀不僅可以在Moku 平臺作為獨立儀器使用，也可以在多儀器并行模式與其他 Moku 儀器功能一起組合使用形成一整套應用解決方案，以最大化提升實驗效率及節省實驗及時間成本。

此圖展示了Moku:Pro 多儀器并行模式測試器件的反饋回路配置。通過多儀器并行模式，我們可以將時間間隔和頻率分析儀、PID 控制器同時運行，和被控設備組成一個主動閉環調控系統。