本次回顾和问答活动是对我们网络研讨会的补充， 利用原子系统和可重构仪器进行量子传感， 我们与 光子媒体 23 年 2025 月 XNUMX 日。如果您无法现场参加，您可以立即注册 按需访问除了网络研讨会总结之外，我们还在下面提供了对部分观众问题的深入解答。
网络研讨会回顾
在本次报告中，我们首先介绍了量子传感背后的物理原理，包括构建量子传感器的要求，以及利用中性原子和拉姆齐干涉法进行磁力测量的深入讲解。随后，我们探讨了量子传感实验中面临的诸多挑战，例如激光不稳定性、抖动和低信噪比。最后，我们介绍了Moku系统，并重点介绍了一些有助于应对这些挑战的仪器。在现场演示中，我们展示了利用Moku系统评估相位稳定性和测量精确时间间隔的不同技术。 相位表 和 时间间隔与频率分析仪我们还用 Moku 模拟了 Ramsey 序列 任意波形发生器 并展示了如何使用 锁相放大器.
观众提问
由于没有内置前置放大器，Moku 设备的输入灵敏度是否由 ADC 分辨率和输入电压范围决定？如何确定实际条件下的实际灵敏度，包括噪声、温度和其他非理想因素的影响？
Moku:Delta 和 Moku:Pro 这些器件采用混合式ADC架构，以优化宽频率范围内的性能。在低频时，信号路径使用高分辨率ADC（Moku:Delta最高可达20位），而在高频时，则混合使用速度更快、分辨率更低的ADC（Moku:Delta为14位）。这种方法可在宽带宽范围内保持低噪声，但也意味着输入灵敏度并非固定值。您可以根据位深度和满量程输入范围来估算理论分辨率。例如，在±5V范围内（10Vpp）的20位分辨率可产生约9.5µV的量化步长。然而，该数值仅反映ADC的理想量化极限。实际上，灵敏度取决于系统的噪声基底，其中包括热噪声、模拟前端组件、基准电压稳定性甚至时钟抖动的影响。这些因素会随频率和环境而变化。为了确定实际灵敏度，我们建议使用频谱分析仪，并将输入端短路或接至 50 Ω。这样可以直接测量目标频带内的 RMS 噪声。为了获得更佳的性能， 频谱分析仪“ 互相关函数 可以帮助降低不相关的噪声源，从而恢复低于各通道噪声基底的信号。对于涉及极低电平信号（µV 或 nV）的应用，许多用户选择集成外部低噪声前置放大器，以便灵活地根据具体的测量要求调整前端灵敏度。Moku 的灵活架构使您能够精确地表征系统的有效灵敏度，并且在许多情况下，可以通过平均、滤波和锁相检测等智能信号处理技术提取远低于 ADC 标称 LSB 的信号。
PLL 和 PID 反馈是否可行？
是的，Moku 提供了专门的工具来实现锁相环 (PLL) 和比例-积分-微分 (PID) 控制。PLL 用于监测周期性输入信号，并在频率或相位偏离参考值时生成误差信号。该误差信号可以驱动压控振荡器 (VCO) 或其他执行器，使输出“锁定”于输入。用户可以使用锁相放大器和波形发生器等仪器创建自定义 PLL，而相位计仪器在每个输入通道上都内置了 PLL，可实现微弧度级的相位跟踪分辨率。 要了解有关 PLL 的更多信息，请参阅我们的 关于该主题的网络研讨会对于一般的反馈应用，所有 Moku 设备均支持独立的 PID 控制器。此外，包括激光锁相盒和锁相放大器在内的多种仪器还提供集成的 PID 控制模块，用于在这些仪器内部实现实时反馈。要了解控制理论和 PID 设计，请参阅我们的相关文档。 应用笔记这些特性使用户能够在各种经典和量子传感实验中实现闭环控制，从腔体稳定到主动频率锁定和漂移补偿。
最大输出带宽是多少？Moku 设备支持 IQ 混音或上变频吗？
Moku:Pro 支持高达 500 MHz 的信号生成和高达 600 MHz 的信号采集，而 Moku:Delta 将输入和输出带宽都扩展到了 2 GHz。如果您需要生成或测量 GHz 范围内的信号，例如，为了驱动固态量子比特或其他微波频率跃迁，通常需要使用外部 IQ 混频器进行上变频或下变频。所有 Moku 设备都支持通过 IQ 波形生成。 任意波形发生器它允许您生成相位同步的基带 I 和 Q 信号，这些信号可以直接馈入外部 IQ 混频器。这样，您就可以使用外部本振 (LO) 将信号移频到微波域。这是一种常用且有效的技术，不仅适用于量子实验，也适用于雷达原型设计、无线通信和其他高频应用。因此，虽然 IQ 混频器硬件是外部的，但无论您使用什么设备，只要信号在设备的模拟输出带宽内，基带信号的生成都可以完全由 Moku 处理。
使用 Moku 可以实现的时间分辨率是多少？哪些因素会影响其实际极限？
Moku:Pro 时间间隔与频率分析仪 其数字时间箱宽度为 0.78 ps，这定义了在无噪声情况下两个事件之间可分辨的最小时间差。然而，重要的是要结合实际情况来理解这个数值。抖动，而非时间箱宽度，通常是实际时间分辨率的限制因素。对于 Moku:Pro，仪器抖动被设定为 <20 ps RMS。这主要取决于内部系统时钟的稳定性和相位噪声，以及 ADC 和模拟前端的定时精度，即使对于 TTL 脉冲等类似数字信号的事件，这些也是信号路径的一部分。该抖动定义了测量两个独立事件之间时间的实际精度极限。简而言之，抖动反映了…… 时间不确定性 由硬件引入，通常是精确计时应用中的主要限制因素，而不是 粒度 时间戳系统。如果您想了解更多关于这两个量之间的差异，请阅读我们的 应用笔记 关于这个话题。Moku 的计时性能水平非常适合诸如符合检测、时间相关单光子计数 (TCSPC) 和量子光学实验等需要皮秒级分辨率的应用。 感谢您观看本次网络研讨会。如有其他疑问，请参阅以下链接。