DE102017129490A1 - Verfahren zur Messung der Photonenanzahl mittels eines Photonendetektors - Google Patents

Verfahren zur Messung der Photonenanzahl mittels eines Photonendetektors Download PDF

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Johannes Tiedau
Evan Meyer-Scott
Christine Silberhorn
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Universitaet Paderborn
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Universitaet Paderborn
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Messen der Photonenanzahl mittels eines Photonendetektors (12) soll der Empfindlichkeitsbereich eines Detektors jenseits des Sättigungsbereiches erhöht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:Bereitstellen einer Lichtquelle (2),Bereitstellen eines Strahlteilers (4) mit einer Faserschleife (7) aus einer optischen Faser, der mit der Lichtquelle (2) verbunden ist, wobei ein Ausgang des Strahlteilers (10) über die Faserschleife (7) mit einem Eingang des Strahlteilers (9) verbunden ist,Bereitstellen eines Detektors (2), wobei der Detektor (2) ein Einzelphotonendetektor ist, wobei der Detektor der mit dem Ausgang des Strahlteilers (6) verbunden ist, Bereitstellen eines optischen Eingangsimpulses (3) von Lichtquelle (2) an den Eingang des Strahlteilers (5),Aufspalten des Pulses zwischen der Faserschleife (7) und dem Detektor (12), wobei der in die Faserschleife (7) eintretende optische Impuls (8) zum Strahlteiler (4) zurückgekoppelt wird und wieder zwischen der Faserschleife (7) und dem Detektor (12) aufgeteilt wird, so dass ein Bruchteil des Pulses in die Faserschleife zurückgekoppelt wird und ein Bruchteil des Pulses (11) zum Detektor (12) ausgekoppelt wird, was zu einer Folge von Ausgangsimpulsen führt, die an den Detektor (12) ausgekoppelt werden,Messen der Detektorantwort, wobei die Detektorantwort eine Funktion der Position in der Ausgangsimpulsfolge (11) ist, wobei die Detektorantwort anfänglich eine Sättigungsregion (13) und dann eine Zerfallsregion (14) aufweist, wobei die Detektorantwort einer Exponentialfunktion folgt, in der die durchschnittliche Anzahl von Photonen pro Puls unter das Sättigungsniveau fällt, undExtrahieren von Information über die Anzahl von Photonen n, die in dem ursprünglichen Puls (3) enthalten sind, unter Verwendung der Zerfallsregion (14) in Kombination mit der Sättigungsregion (13).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Photonenanzahl mittels eines Photonendetektors.
  • Das Zählen von Photonen ist eine wichtige Methode zum Nachweis von Licht und hat viele Anwendungen in den Bereichen Spektroskopie, Atmosphärenphysik und Quanteninformationsverarbeitung. Die Detektion einzelner Photonen beinhaltet notwendigerweise einen Verstärkungsmechanismus, z. B. um eine makroskopische Anzahl von Photoelektronen aus der Absorption eines einzelnen Energiequants aus der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zu generieren, oder einen Phasenübergang in einem supraleitenden Material zu erzeugen. Im Allgemeinen sind optische Detektoren jedoch durch eine minimale Empfindlichkeit, d.h. die durchschnittliche Anzahl von Photonen, die erforderlich sind, um ein Signal über dem Grundrauschen zu erzeugen, das Sättigungsniveau, d.h. die Anzahl von Photonen, bei der der Detektor eine konstante Antwort liefert, und eine Durchbruchsstärke d.h. die Anzahl von Photonen, die die Antwort des Detektors dauerhaft verändern und den Detektor beschädigen, definiert. Typischerweise wird der Empfindlichkeitsbereich durch das Grundrauschen und das Sättigungsniveau definiert. Ein höherer Empfindlichkeitsbereich bringt Vorteile in vielen Bereichen, unter anderem, für die präzise Kalibration von optischen Detektoren werden Vergleiche mit Eingangsimpulsen von Quellen verschiedenster Intensität benötigt. Diese Eingangsimpulse müssend jedoch stark gedämpft werden, wodurch Fehler in dem Kalibrierungsvorgang aufgrund von Fehlern bei der Bestimmung des Dämpfungsniveaus entstehen. Weitere Fehler entstehen aufgrund der Nichtlinearität der Detektorantwort, sowie durch Verluste bei der Verbindung der einzelnen Komponenten. Eine höhere Empfindlichkeit ermöglicht auch die Bestimmung den Eigenschaften von optische Komponenten, die auf einen großen Intensitätsbereich wirken, z. B. optische Beschichtungen, Filter und Strahlteiler.
  • Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zum Messen einzelner Photonen bekannt, deren Grundidee es ist, den optischen Zustand eines Eingangssignals mittels eines elektrooptischen Schalters oder Switches in eine Faserschleife einzukoppeln. Der optische Zustand zirkuliert wiederholt durch die optische Faserschleife, wobei nach jedem Umlauf die Photonen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit über den Switch zu einem Detektor auskoppeln. Somit wird der Zustand in diskrete Zeitabschnitte unterteilt, die unabhängig voneinander erfasst werden können.
  • Ein Nachteil im bekannten Stand der Technik ist, dass mit den bisherigen Verfahren es nicht möglich war, die Anzahl der Photonen von Quellen mit einer hohen Intensität direkt zu messen. Die bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik sind auf die Messung von nur wenigen Photonen pro Puls beschränkt, da ein idealer binärer Detektor sättigt, wenn mindestens ein Photon einfällt, wodurch die obere Grenze des dynamischen Bereichs auf nur ein Photon begrenzt wird. Durch Hinzufügen einer Faserschleife nimmt die Anzahl der in den Ausgangsimpulsen vorhandenen Photonen exponentiell ab. Wenn diese Anzahl von Photonen jedoch immer noch ein Photon im Durchschnitt übersteigt, ist der Detektor immer noch gesättigt. Dies bleibt so lange der Fall, bis die mittlere Anzahl von Photonen pro Puls nach einer gewissen Anzahl von Runden unter eins fällt und dann der charakteristische Zerfallsbereich des Graphen zu sehen ist. Dies setzt sich fort, bis die Anzahl der Photonen pro Puls unter das Grundrauschen unterhalb des Empfindlichkeitsniveaus fällt. Eine Auswertung der Messergebnisse im Sättigungsbereich des Detektors war bislang nicht möglich.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Methode zu schaffen, die es ermöglicht, den Empfindlichkeitsbereich eines Detektors jenseits des Sättigungsbereiches zu erhöhen.
  • Bei einem Verfahren zum Messen der Photonenanzahl mittels eines Photonendetektors der eingangs beschriebenen Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
    • Bereitstellen einer Lichtquelle,
    • Bereitstellen eines Strahlteilers mit einer Faserschleife aus einer optischen Faser, die mit der Lichtquelle verbunden ist, wobei ein Ausgang des Strahlteilers über die Faserschleife mit einem Eingang des Strahlteilers verbunden ist,
    • Bereitstellen eines Detektors, wobei der Detektor mit dem Ausgang des Strahlteilers verbunden ist, Bereitstellen eines optischen Eingangsimpulses von der Lichtquelle an den Eingang des Strahlteilers,
    • Aufspalten des Pulses zwischen der Faserschleife und dem Detektor, wobei der in die Schleife eintretende Lichtanteil zum Strahlteiler zurückgekoppelt wird und wieder zwischen der Faserschleife und dem Detektor aufgeteilt wird, so dass ein Bruchteil des Pulses in die Faserschleife zurückgekoppelt wird und ein Bruchteil des Pulses zum Detektor ausgekoppelt wird, was zu einer Folge von Ausgangsimpulsen führt, die an den Detektor ausgekoppelt werden, Messen der Detektorantwort, wobei die Detektorantwort eine Funktion der Position in der Ausgangsimpulsfolge ist, wobei die Detektorantwort anfänglich eine Sättigungsregion und dann eine Zerfallsregion aufweist, wobei die Detektorantwort einer Exponentialfunktion folgt, in der die durchschnittliche Anzahl von Photonen pro Puls unter ein Sättigungsniveau fällt, und
    • Extrahieren von Information über die Anzahl von Photonen n, die in dem Eingangsimpuls enthalten sind, unter Verwendung der Zerfallsregion in Kombination mit der Sättigungsregion.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt den Sättigungsbereich zusammen mit dem Zerfallsbereich, um Informationen über die Photonenenergie weit über dem Sättigungsgrad eines Detektors zu extrahieren und dadurch seinen dynamischen Bereich zu vergrößern. Dies ist Vorteilhaft, da bei diesen Verfahren keine Änderung am Aufbau (z. B. durch Einfügen eines Abschwächers) durchgeführt werden müssen. Dieses verringert den zusätzlichen Aufwand bei der Messung und damit die Messunsicherheit. Auf diese Weise wird der Empfindlichkeitsbereich vergrößert, wodurch z. B. der Vergleich von Photonenzahlen bzw. Pulsenergien über viele Größenordnungen möglich wird.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Detektorantwort eine Photonendetektionswahrscheinlichkeit des Detektors als Funktion der Position in der Ausgangsimpulsfolge, wobei die Detektorantwort anfänglich eine Sättigungsregion aufweist in der die Photonendetektionswahrscheinlichkeit gesättigt ist und mindestens ein Photon auf den Detektor auftrifft und die Photonendetektionswahrscheinlichkeit eine Zerfallsregion aufweist, wobei die Photonendetektionswahrscheinlichkeit einer Exponentialfunktion folgt, in der die durchschnittliche Anzahl von Photonen pro Puls unter eins fällt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Detektor ein Nicht-Photonenzahl-Auflösungsdetektor oder ein Click/No-Click-Detektor oder eine Ein-Photonen-Avalanche-Diode oder ein supraleitender Photonendetektor oder ein Photoelektronenvervielfacher (Photo-multiplier Tube) ist. Dieses Verfahren ermöglicht u. A. die Kalibrierung der Effizienz dieses Detektors mit Hilfe eines kalibrierten linearen Detektors; oder, vice versa, die Kalibrierung eines linearen Detektors in Bezug auf eine fundamentale Einzelphotonenquelle. Mit solchen Detektoren kann man einen direkten Vergleich zwischen linearen Detektoren (z. B. Photodioden) und Einzelphotonen Detektoren ziehen. Das kann bedeuten das ein kalibrierter linearer Detektor vorliegt, sodass die Effizienz eines Einzelphotonendetektors bestimmt werden soll. Umgekehrt kann ein linearer Detektor mit Hilfe einer Photonenquelle, deren Emission auf fundamentalen Quanteneigenschaften beruht und daher bekannt ist, kalibriert werden.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Strahlteiler durch einen Parameter gekennzeichnet, der steuert, wieviel Licht in die Faserschleife eintritt. Dieses Verfahren ermöglicht eine variable maximale Eingangsrepetitionsrate der Messung, sodass man entschieden kann entweder mehr Bins zu haben, und daher eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der Pulsenergie bzw. Photonenzahl, oder weniger Bins zu haben, um eine höhere Eingangsrepetitionsrate zu erreichen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Strahlteiler einen asymmetrischen Koppler, um den Puls bei jedem Durchgang in die Faserschleife einzukoppeln. Dies ist vorteilhaft, da durch den Koppler exakt gesteuert werden kann, wieviel Licht in die Faserschleife eingekoppelt wird.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Faserschleife aktiv geschaltet, wobei das gesamte Licht von der Lichtquelle in die Faserschleife eingekoppelt wird. Dieses Verfahren ermöglicht mehr Messpunkte im Zerfallsbereich der Detektorantwort zu erhalten, sodass die Pulsenergie bzw. Photonenzahl mit einer höheren Genauigkeit berechnet werden kann. Weiter vorteilhaft dabei ist, dass die spezifische Antwort durch die Parameter der Schleife definiert und nicht durch den Detektor.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die von dem Detektor durch aktives Schalten der Faserschleife erhaltenen Daten durch folgende Wahrscheinlichkeitsgleichung angepasst P a c t i v e ( j | n ) = min ( 1,1 − ( 1 − ( 1 − η R ) j − 1 η R ) n + ν )
    Figure DE102017129490A1_0001
    wobei:
    • Pactive
    ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Bin j feuert
    η
    ist das Übertragungsvermögen der Faserschleife
    R
    ist das Reflexionsvermögen der Faserschleife
    ν
    ist die Rauschwahrscheinlichkeit
    n
    ist die Anzahl der Photonen
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl der Photonen aus der Anpassung bestimmt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Faserschleife passiv geschaltet, wobei nur ein Teil des Lichts in die Faserschleife eingekoppelt wird und der Rest zum Detektor ausgekoppelt wird. Ein passiver Strahlteiler vereinfacht das Verfahren, da man keine schnellen Schaltvorgänge benötigt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung werden die von dem Detektor durch aktives Schalten der Faserschleife erhaltenen Daten durch folgende Wahrscheinlichkeitsgleichung angepasst P p a s s i v e ( j | n ) = { min ( 1,1 − ( 1 − R ) n + ν ) j = 1 min ( 1,1 − ( 1 − ( 1 − R ) 2 R j − 2 η j − 1 ) n + ν ) j > 1
    Figure DE102017129490A1_0002
    wobei:
    • Pactive
    ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Bin j feuert
    η
    ist das Übertragungsvermögen der Faserschleife
    R
    ist das Reflexionsvermögen der Faserschleife
    ν
    ist die Rauschwahrscheinlichkeit
    n
    ist die Anzahl der Photonen
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Anzahl der Photonen aus der Anpassung bestimmt.
  • Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der - beispielhaft - bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt werden.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Aufbauschema eines Einzelphotonendetektors mit einer Faserschleife zur Messung der Anzahl von Photonen
    • 2 eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Detektorantwort
    • 3 eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Detektorantwort in halblogarithmischer Darstellung
  • 1 zeigt ein Aufbauschema eines Einzelphotonendetektors 1 mit einer Faserschleife 7 zur Messung der Anzahl von Photonen. Eine Lichtquelle 2 stellt einen optischen Puls bereit, der mittels eines Strahlteilers 4 in eine Faserschleife 7 eingekoppelt wird. Die Faserschleife 7 wird zurück auf den Eingang des Strahlteilers 9 zurückgekoppelt. Nach jedem Durchgang durch die Faserschleife 7 wird ein Teil des Pulses zum Detektor 12 ausgekoppelt. Durch das Auskoppeln des Pulses in die Faserschleife 7 nimmt die Anzahl der in den Ausgangsimpulsen 11 vorhandenen Photonen exponentiell ab. Dabei wird zwischen zwei Arten der Einkopplung in die Faserschleife 7 unterschieden. Zum einen kann der Puls aktiv in die Faserschleife 7 eingekoppelt werden, wobei der gesamte Puls 3 in die Faserschleife eingekoppelt wird, zum anderen kann der Puls passiv in die Faserschleife 7 eingekoppelt werden, wobei nur ein Teil des Pulses 3 in die Faserschleife 7 eingekoppelt wird und der Rest des Pulses zum Detektor 12 ausgekoppelt wird, wo er als erster Bin gemessen wird. Der Detektor 12 kann dabei ein binärer Detektor aber auch ein linearer Detektor z.B. eine Photodiode sein. Die Antwort des Detektors 12 wird dabei nur durch die Parameter der Faserschleife 7 bestimmt, die durch den mehrfachen Umlauf der Pulse 8 eine große Anzahl von redundanten Informationen liefert, die zum Extrahieren der Anzahl der Photonen sowie der Impulsenergien verwendet werden.
  • 2 zeigt eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Detektorantwort, wobei jede Position der Pulsfolge 11 als separater Bin 16 in der Wahrscheinlichkeitsverteilung eingetragen wird. Beginnend mit dem Bin 0 welcher den Puls bezeichnet, der nicht durch die Faserschleife ausgekoppelt wurde. Am Anfang der Wahrscheinlichkeitsverteilung ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass der Detektor eine Antwort liefert. Dieser Bereich wird Sättigungsbereich 13 genannt. Während die Energie der Pulse durch die Auskopplung der Pulse in die Faserschleife 7 abnimmt nimmt auch die Wahrscheinlichkeit der Detektorantwort ab. Die Wahrscheinlichkeit der Antwort des Detektors folgt der Abnahme der Energie, bis das Grundrauschen 15 erreicht wird und die Detektorantwort der intrinsischen Antwort des Detektors ohne Licht entspricht. Das genaue Verfahren zum Extrahieren der Anzahl der Photonen hängt davon ab, ob eine aktive oder passiv geschaltete Faserschleife verwendet wird. Um Informationen über die Anzahl n der Photonen zu erhalten, die in dem ursprünglichen Impuls 3 enthalten sind, werden die Informationen der Sättigungsregion 13 in Kombination mit den Informationen der Zerfallsregion 14 benutzt. Dies beruht darauf, dass der Detektor 12 einer spezifischen Antwort folgt. Dieser Bereich ist für den verwendeten Detektor spezifisch, er gilt jedoch im Allgemeinen für alle Detektoren d.h. sowohl für binäre Detektoren als auch lineare Detektoren wie z.B. Photodioden.
  • Für einen Click/No-Click Detektor, die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Bin j bei einer bestimmten Anzahl anfänglicher Eingangsphotonen n zündet, folgt beim aktiven Schalten der Faserschleife 7 folgender Gleichung: P a c t i v e ( j | n ) = min ( 1,1 − ( 1 − ( 1 − η R ) j − 1 η R ) n + ν )
    Figure DE102017129490A1_0003
  • Wobei η das Übertragungsvermögen der Faserschleife 7, R das Reflexionsvermögen der Faserschleife 7 und ν<<1 ist die Rauschwahrscheinlichkeit ist. Die Gleichung wird an die Daten angepasst um die Anzahl der Photonen n zu extrahieren. Dies kann mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen, da nur drei freie Parameter vorhanden sind. R, η werden von der Vorrichtung aufgrund der Faserschleife viele Male gemessen und können unabhängig voneinander extrahiert werden, wobei nur die zu bestimmende Eingangsphotonenzahl n übrigbleibt. Im aktiven Fall sind keine weiteren Schritte erforderlich. Die Wahrscheinlichkeiten hängen nur vom Produkt der Faserschleifenparameter R und η ab und können daher als ein einziger unbekannter Parameter betrachtet werden, der direkt aus der Zerfallsregion 14 unabhängig von n extrahiert werden kann.
  • Die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Bin j bei einer bestimmten Anzahl anfänglicher Eingangsphotonen n zündet, folgt beim passiven Schalten der Faserschleife 7 folgender Gleichung: P p a s s i v e ( j | n ) = { min ( 1,1 − ( 1 − R ) n + ν ) j = 1 min ( 1,1 − ( 1 − ( 1 − R ) 2 R j − 2 η j − 1 ) n + ν ) j > 1
    Figure DE102017129490A1_0004
  • Im passiven Fall ist ein erster Schritt erforderlich, um η und R zu bestimmen, der in dem Bereich vorgenommen wird, in dem der Detektor 12 nicht gesättigt ist. Dies muss nur einmal für die Faserschleife 7 ausgeführt werden. Danach kann die Anzahl der Eingangsphotonen n mit einem beliebigen Detektor extrahiert werden.
  • 3 zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der in 2 dargestellten Detektorantwort in halblogarithmischer Darstellung. Die Darstellung der Daten in halblogarithmischer Darstellung ist hilfreich, da der Wertebereich der dargestellten Daten viele Größenordnungen umfasst.
  • Die Erfindung entstand teilweise im Rahmen eines geförderten Projektes der Europäischen Union unter dem Projektnamen EU H2020 Grant No. 665148 (QCUMbER).
  • Bezugszeichenliste
  • Lichtquelle 2
    Eingangsimpuls 3
    Strahlteiler 4
    Strahl teil ereingang 5
    Strahl teil erausgang 6
    Faserschl eife 7
    Puls 8
    Strahl teil ereingang 9
    Strahl teil erausgang 10
    Pulse 11
    Detektor 12
    Sättigungsbereich 13
    Zerfallsbereich 14
    Grundrauschen 15
    Bin 16

Claims (11)

  1. Verfahren zum Messen der Photonenanzahl mittels eines Photonendetektors (2) mit den Schritten: Bereitstellen einer Lichtquelle (2), Bereitstellen eines Strahlteilers (4) mit einer Faserschleife (7) aus einer optischen Faser, der mit der Lichtquelle (2) verbunden ist, wobei ein Ausgang des Strahlteilers (10) über die Faserschleife (7) mit einem Eingang des Strahlteilers (9) verbunden ist, Bereitstellen eines Detektors (2), wobei der Detektor (2) mit dem Ausgang des Strahlteilers (6) verbunden ist, Bereitstellen eines optischen Eingangsimpulses (3) von der Lichtquelle (2) an den Eingang des Strahlteilers (5), Aufspalten des Pulses zwischen der Faserschleife (7) und dem Detektor (12), wobei der in die Faserschleife (7) eintretende optische Impuls (8) zum Strahlteiler (4) zurückgekoppelt wird und wieder zwischen der Faserschleife (7) und dem Detektor (12) aufgeteilt wird, so dass ein Bruchteil des Pulses in die Faserschleife zurückgekoppelt wird und ein Bruchteil des Pulses (11) zum Detektor (12) ausgekoppelt wird, was zu einer Folge von Ausgangsimpulsen (11) führt, die an den Detektor (12) ausgekoppelt werden, Messen der Detektorantwort, wobei die Detektorantwort eine Funktion der Position in der Ausgangsimpulsfolge (11) ist, wobei die Detektorantwort anfänglich eine Sättigungsregion (13) und dann eine Zerfallsregion (14) aufweist, wobei die Detektorantwort einer Exponentialfunktion folgt, in der die durchschnittliche Anzahl von Photonen pro Puls unter ein Sättigungsniveau fällt, und Extrahieren von Information über die Anzahl von Photonen n, die in dem Eingangsimpuls (3) enthalten sind, unter Verwendung der Zerfallsregion (14) in Kombination mit der Sättigungsregion (13).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Detektorantwort eine Photonendetektionswahrscheinlichkeit des Detektors als Funktion der Position in der Ausgangsimpulsfolge (11) ist, wobei die Detektorantwort anfänglich eine Sättigungsregion (13) aufweist in der die Photonendetektionswahrscheinlichkeit gesättigt ist und mindestens ein Photon auf den Detektor (12) auftrifft und die Photonendetektionswahrscheinlichkeit eine Zerfallsregion (14) aufweist, wobei die Photonendetektionswahrscheinlichkeit einer Exponentialfunktion folgt, in der die durchschnittliche Anzahl von Photonen pro Puls unter eins fällt.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Detektor (12) ein Nicht-Photonenzahl-Auflösungsdetektor oder ein Click/No-Click-Detektor oder eine Ein-Photonen-Avalanche-Diode oder ein supraleitender Photonendetektor oder ein Photoelektronenvervielfacher ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strahlteiler (4) durch einen Parameter gekennzeichnet ist, der steuert, wieviel Licht in die Faserschleife (7) eintritt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei der Strahlteiler (7) einen asymmetrischen Koppler enthält, um den Puls bei jedem Durchgang in die Faserschleife (7) einzukoppeln.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserschleife (7) aktiv geschaltet wird, wobei das gesamte Licht (3) von der Lichtquelle (2) in die Faserschleife (7) eingekoppelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die von dem Detektor durch aktives Schalten der Faserschleife (7) erhaltenen Daten durch folgende Wahrscheinlichkeitsgleichung angepasst werden P a c t i v e ( j | n ) = min ( 1,1 − ( 1 − ( 1 − η R ) j − 1 η R ) n + ν )
    Figure DE102017129490A1_0005
    wobei: Pactive ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Bin j feuert η ist das Übertragungsvermögen der Faserschleife R ist das Reflexionsvermögen der Faserschleife ν ist die Rauschwahrscheinlichkeit n ist die Anzahl der Photonen
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Anzahl der Photonen aus der Anpassung bestimmt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faserschleife (7) passiv geschaltet wird, wobei nur ein Teil des Lichts in die Faserschleife (7) eingekoppelt wird und der Rest zum Detektor (12) ausgekoppelt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die von dem Detektor (12) durch passives Schalten der Faserschleife (7) erhaltenen Daten durch folgende Wahrscheinlichkeitsgleichung angepasst werden P p a s s i v e ( j | n ) = { min ( 1,1 − ( 1 − R ) n + ν ) j = 1 min ( 1,1 − ( 1 − ( 1 − R ) 2 R j − 2 η j − 1 ) n + ν ) j > 1
    Figure DE102017129490A1_0006
    wobei: Pactive ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmter Bin j feuert η ist das Übertragungsvermögen der Faserschleife R ist das Reflexionsvermögen der Faserschleife ν ist die Rauschwahrscheinlichkeit n ist die Anzahl der Photonen
  11. Verfahren nach Anspruch 9 wobei die Anzahl der Photonen aus der Anpassung bestimmt wird.
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