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

1、作為一種高靈敏度的新式單光子探測器，超導(dǎo)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(shí)際應(yīng)用研發(fā)成為了單光子探測技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，全世界擁有SNSPD獨(dú)立研發(fā)能力的科研團(tuán)隊(duì)不到10個(gè)，并且專注于SNSPD芯片的研制與改良，雖然取得了巨大進(jìn)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(huì)因設(shè)備手動(dòng)操作流程復(fù)雜以及相關(guān)知識(shí)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(fù)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(dòng)化程度高、實(shí)時(shí)信息顯示全面、故障預(yù)警及時(shí)的超導(dǎo)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(tái)搭建。首先，對SNSPD手動(dòng)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理以及操作流程進(jìn)行了簡單

3、介紹，并分析了手動(dòng)操作系統(tǒng)存在的不足；其次，對SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行合理選型；最后，設(shè)計(jì)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(tái)。
　　2)SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先，根據(jù)需求分析，對監(jiān)控系統(tǒng)軟件需要實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行歸納總結(jié)，并對軟件進(jìn)行模塊劃分，以圖形化的方式生動(dòng)地闡述了軟件各個(gè)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?cái)?shù)據(jù)庫進(jìn)行軟件的具體開發(fā)與實(shí)現(xiàn)，最終研發(fā)出一套集設(shè)備控制功能、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示功能、故障預(yù)警功能于一身的SNSPD監(jiān)控系統(tǒng)。其中，故障預(yù)警功能是基于時(shí)間序列自回歸移動(dòng)平均(Auto-Regressive and Moving Average,ARMA)數(shù)據(jù)預(yù)測模型實(shí)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(jìn)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(jìn)行了詳細(xì)闡述。其中，功能性測試包括系統(tǒng)各個(gè)模塊功能的運(yùn)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(yīng)時(shí)間測試及系統(tǒng)安全性測試。
　　本文研究并開發(fā)的超導(dǎo)納米線單光子探測器監(jiān)控系統(tǒng)通過了實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格測試，并已在南京大學(xué)超導(dǎo)電子學(xué)研究所、中電集團(tuán)第34研究所以及中科院云南天文臺(tái)等科研單位進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，運(yùn)行效果良好，滿足了設(shè)計(jì)要求，大大提升了超導(dǎo)納米線