超導納米線單光子探測器監(jiān)控系統(tǒng)研究與實現(xiàn).pdf

1、作為一種高靈敏度的新式單光子探測器，超導納米線單光子探測器(Superconducting Nanowire Single-photon Detector,SNSPD)在近紅外波段的探測性能明顯優(yōu)于其他類型的單光子探測器。因此，對于SNSPD的基礎(chǔ)理論研究與實際應用研發(fā)成為了單光子探測技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。目前，全世界擁有SNSPD獨立研發(fā)能力的科研團隊不到10個，并且專注于SNSPD芯片的研制與改良，雖然取得了巨大進展，但仍存在很多關(guān)鍵

2、性的問題亟待解決。例如，科研人員在SNSPD使用過程中經(jīng)常會因設(shè)備手動操作流程復雜以及相關(guān)知識匱乏引發(fā)大量誤操作，降低了SNSPD的工作效率。為了減少SNSPD使用過程中因操作流程復雜引發(fā)的誤操作，本文研究并開發(fā)了一種操作簡單、自動化程度高、實時信息顯示全面、故障預警及時的超導納米線單光子探測器監(jiān)控系統(tǒng)，主要研究工作如下：
　　1)SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺搭建。首先，對SNSPD手動操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及操作流程進行了簡單

3、介紹，并分析了手動操作系統(tǒng)存在的不足；其次，對SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)進行了詳盡的需求分析，并對監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵性設(shè)備進行合理選型；最后，設(shè)計了監(jiān)控系統(tǒng)的供電方案與通訊方案，搭建了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件平臺。
　　2)SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)。首先，根據(jù)需求分析，對監(jiān)控系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)的功能進行歸納總結(jié)，并對軟件進行模塊劃分，以圖形化的方式生動地闡述了軟件各個模塊之間的交互過程，以及軟件與硬件之間的接口關(guān)系；其次，以系統(tǒng)中的設(shè)備為硬件依

4、托、Visual Studio2012為開發(fā)環(huán)境、C＃為主要開發(fā)語言、SQL Sever2012為本地數(shù)據(jù)庫進行軟件的具體開發(fā)與實現(xiàn)，最終研發(fā)出一套集設(shè)備控制功能、數(shù)據(jù)實時顯示功能、故障預警功能于一身的SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)。其中，故障預警功能是基于時間序列自回歸移動平均(Auto-Regressive and Moving Average,ARMA)數(shù)據(jù)預測模型實現(xiàn)的。
　　3) SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)測試。為了更好地檢測 SNSPD監(jiān)

5、控系統(tǒng)的性能，對系統(tǒng)進行了功能性測試與非功能性測試，并對測試過程與測試結(jié)果進行了詳細闡述。其中，功能性測試包括系統(tǒng)各個模塊功能的運行測試；非功能性測試包括系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性測試、系統(tǒng)響應時間測試及系統(tǒng)安全性測試。
　　本文研究并開發(fā)的超導納米線單光子探測器監(jiān)控系統(tǒng)通過了實驗室嚴格測試，并已在南京大學超導電子學研究所、中電集團第34研究所以及中科院云南天文臺等科研單位進行了實際應用，運行效果良好，滿足了設(shè)計要求，大大提升了超導納米線