論文の概要: Multifold enhancement of quantum SNR by using an EMCCD as a photon number resolving device
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.04184v2
- Date: Fri, 19 Apr 2024 09:37:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-22 19:57:15.227394
- Title: Multifold enhancement of quantum SNR by using an EMCCD as a photon number resolving device
- Title（参考訳）: 光子数分解装置としてのEMCCDによる量子SNRの多重化
- Authors: Rounak Chatterjee, Vikas Bhat, Kiran Bajar, Sushil Mujumdar,
- Abstract要約: 任意の露光時間に対して,フレーム毎の光子の平均レートを推定する手法を提案する。
これにより,EMCCDを光子数解決装置として有効利用することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Electron Multiplying Charge Coupled Devices (EMCCD), owing to their high quantum efficiency and spatial resolution, are widely used to study typical quantum optical phenomena and related applications. Researchers have already developed a procedure that enables one to statistically determine whether a pixel detects a single photon, based on whether its output is higher or lower than the estimated noise level. However, these techniques are feasible at extremely low photon numbers (about 0.15 mean number of photons per pixel per exposure), allowing for at most one photon per pixel. This limitation necessitates a very large number of frames required for any study. In this work, we present a method to estimate the mean rate of photons per pixel per frame for arbitrary exposure time. Subsequently, we make a statistical estimate of the number of photons (greater than or equal to 1) incident on each pixel. This allows us to effectively utilize the EMCCD as a photon number resolving device. This immediately augments the acceptable light levels in the experiments, leading to significant reduction in the required experimentation time. As evidence of our approach, we quantify contrast in quantum correlation exhibited by a pair of spatially entangled photons generated by Spontaneous Parametric Down Conversion process. In comparison to conventional methods, our method realizes an enhancement in the signal to noise ratio by about a factor of 3 for half the data collection time. This SNR can be easily enhanced by minor modifications in experimental parameters such as exposure time etc.
- Abstract（参考訳）: 電子増倍電荷結合デバイス(Electron Multiplying Charge Coupled Devices、EMCCD)は、その高い量子効率と空間分解能により、典型的な量子光学現象と関連する応用を研究するために広く利用されている。
研究者はすでに、その出力が推定ノイズレベルよりも高いか低いかに基づいて、ピクセルが単一の光子を検出するかどうかを統計的に決定できる手順を開発している。
しかし、これらの技術は、非常に低い光子数(露出当たりの光子の平均数は約0.15個)で実現可能であり、1ピクセル当たりの光子数は少なくとも1個である。
この制限は、あらゆる研究に必要な非常に多くのフレームを必要とする。
本研究では,任意の露光時間に対して,フレーム毎の光子の平均レートを推定する手法を提案する。
その後、各画素の入射光子数(光子数)を統計的に推定する。
これにより,EMCCDを光子数解決装置として有効利用することができる。
これにより、実験において許容される光レベルが直ちに増大し、必要な実験時間を大幅に短縮する。
提案手法の実証として, 自発パラメトリックダウン変換法により生成した一対の空間的絡み合った光子による量子相関のコントラストの定量化を行う。
従来の手法と比較して,データ収集時間の約半分で約3倍の信号対雑音比の増大を実現する。
このSNRは、露光時間などの実験パラメータの微調整によって容易に向上することができる。
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