量子调控实验中高速电子学设备的研制

发布时间：2024-05-21 01:43

　　高速电子学设备在工业以及科研领域发挥着不可替代的作用。基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的高速设备因其可编程性、灵活性、低成本等特点逐渐被各行各业所采用。尤其在量子物理领域,其高性价比和强可重构性等特点使得相关课题组都采用基于FPGA的高速电子学设备来满足量子调控实验中的高速实验需求。本文基于课题组量子调控实验的需求研制了基于FPGA的高分辨率脉冲发生器以及光子飞行时间记录器。脉冲发生器所需脉冲信号的信息经PC端编码后,被打包发送至FPGA,最终的编码数据是以128bit为单位的总大小为1024Bytes的数据包。FPGA端接收数据后,先存储至DDR3 SDRAM中,等待PC端命令完成数据的解码与输出。本文通过高速并转串设计,使整个系统在满足时序要求的基础上能够输出高分辨率的脉冲信号。光子飞行时间记录器设计分为硬件端的信号采集和软件端的数据处理。硬件端的信号采集设计将计数与采集操作分开进行,计数操作完成以开始信号为基准的同步计数,采集操作则通过将光子信号作为采集时钟完成信号到达时间的记录。软件端将读出的数据进行提取,用于后续的实...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1NV色心结构

第一章绪论1第一章绪论1.1研究背景随着集成电路产业的发展，高速电子学设备在工业和科研领域的应用越来越广泛。仪器测试，电路分析，芯片功能验证等关键步骤都离不开一些电子学产品。工业上需要的设备一般速度在几十到上百MHz，侧重复杂逻辑以满足工业需求；而科研上一般对速度要求较高，逻辑则....

图1.2光探测磁共振系统

合肥工业大学学术硕士研究生学位论文2很常见。金刚石NV色心因其特殊的结构带来了诸多特性，如稳定性，较长的相干时间等。基于这些特性，它被广泛应用于精密测量、量子传感、高灵敏探测等领域[1-3]。而各实验室也基于这个结构进行了各种研究和应用。图1.2展示的是我们基于金刚石NV色心的光....

图1.4量子调控实验中的脉冲序列

合肥工业大学学术硕士研究生学位论文4控的实验为例[16-20]。如图1.4，该实验首先通过一段532nm激光将电子自旋态以较高保真度初始化到ms=0基态上，随后施加微波脉冲序列实现电子自旋态翻转，最后利用激光读出NV电子自旋荧光信息。整个过程中激光、微波、计数器等都是在特定时序下....

图2.1CLB结构图

第二章软硬件开发平台介绍7第二章开发环境介绍2.1硬件开发环境2.1.1FPGA介绍FPGA（Field-ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列。作为一种可编程设备，它解决了ASIC(专用集成电路)内部设计不可改变的缺点,同时又克服了原有可编程设备门电路....

本文编号：3979424