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从“看见光”到“记录每一个光子”,单光子强度干涉仪正改变高分辨天文测量

2026-07-30

文章来源:富泰科技

01最新国际资讯播报

近年研究表明,恒星强度干涉(Stellar Intensity Interferometry)正在全面进入 Photon-Counting 时代。

与传统Michelson干涉依赖复杂的光路合束不同,强度干涉通过记录每一个光子的精确到达时间,计算光场的二阶关联函数 g²(τ),从而提取恒星的角直径,结构或发光机制等信息。

图1. 左侧长基线探测,右侧近邻探测。时钟同步机制保证了两望远镜距离较远时,单光子信号测量的时间同步。

完整的单光子探测和时间戳记录链路,重要性愈发重要:单光子探测器→ 时间数字转换器(TDC)→ 时钟同步系统→ 关联计算

为什么?

恒星的光子聚束(Photon Bunching)的时间尺度极短,通常在皮秒量级,时间抖动或同步误差降低相关峰可见度,直接影响测量灵敏度和最终成像质量。

这意味着:

✓ 超导纳米线单光子探测器(SNSPD)提供极低时间抖动和超低暗计数率

✓ 高性能TDC实现皮秒级时间标记(Time Tagging)

✓ 原子钟、GPSDO、White Rabbit等高稳定时间基准实现多观测站同步

✓ 红外单光子探测器将强度干涉扩展至近红外和中红外波段 

对于分布式观测系统而言,多个望远镜可以相距数百米、数公里甚至更远。此时,每个站点都在独立记录光子到达事件,而原子钟所提供的统一时间基准,则成为跨站点光子关联分析的基础。

换句话说:

望远镜负责收集光子;

单光子探测器负责发现光子;

TDC负责记录光子;

原子钟负责定义时间;

关联算法负责从时间中重建信息。

随着单光子探测技术不断向更长波长扩展,从量子通信、激光雷达、FLIM到天文强度干涉,越来越多的光子学系统正在呈现同样的发展趋势:从测量光强,到测量时间;从探测光,到理解每一个光子何时到达。

未来,高性能光子学系统的竞争力,或许不再只是“能否看见光”,而是“能否精确记录每一个光子到达的时间”。

02相关产品

Swabian Instrument Time Tagger X

    •    均方根时间抖动低至1.5 ps,助力高精度g(2)测量

        支持4 – 160通道扩展

        完整记录时间戳,后处理和压低串扰

        超长基线的远程时间同步

Single Quantum 超导纳米线探测器

        覆盖500 nm – 3000 nm的单光子探测

        ≤15 ps FWHM抖动@1550 nm

        ≥90% 探测效率@1550 nm

        ≤1 cps暗计数@1550 nm

03参考资料

1. https://www.swabianinstruments.com/applications/intensity--interferometry/

2. N. Matthews, et al. “Intensity interferometry at calern and beyond: progress report.”

Optical and Infrared Interferometry and Imaging VIII. 12183 SPIE, (2022).  

3. W. Guerin, et al. “Stellar intensity interferometry in the photon-counting regime.” arXiv:2503.22446 (2025).

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