Koinzidenzmessung

Eine Koinzidenzmessung ist ein Messverfahren zur Identifikation zeitlich korrelierter Ereignisse. Von einer Koinzidenz spricht man, wenn zwei oder mehr Detektionsereignisse innerhalb eines zuvor festgelegten Zeitintervalls – des sogenannten Koinzidenzfensters – registriert werden. Auf diese Weise können Signale, die auf denselben physikalischen Prozess zurückzuführen sind, zuverlässig von statistisch zufällig gleichzeitig auftretenden Hintergrundereignissen unterschieden werden. Die Größe des Koinzidenzfensters beeinflusst dabei sowohl die Nachweiswahrscheinlichkeit echter Koinzidenzen als auch die Anzahl zufälliger Koinzidenzereignisse.

Koinzidenzmessungen können mit mehreren synchronisierten Detektoren oder mit Multi-Hit-fähigen Detektoren durchgeführt werden, die mehrere nahezu gleichzeitig eintreffende Ereignisse mit kurzen Totzeiten erfassen können. Die zeitliche Zuordnung der Signale erfolgt heute meist mithilfe hochauflösender Time-to-Digital Converter (TDCs), welche die Ankunftszeiten einzelner Ereignisse mit einer Auflösung bis in den Pikosekundenbereich bestimmen und anschließend miteinander korrelieren. Dadurch lassen sich auch komplexe Mehrkanalexperimente mit hoher Präzision auswerten.

Koinzidenzmessungen spielen in zahlreichen wissenschaftlichen und industriellen Anwendungen eine zentrale Rolle. Typische Einsatzgebiete sind die Detektion verschränkter Photonen in der Quantenoptik und Quantenkommunikation, Time-Correlated Single Photon Counting (TCSPC), die Positronen-Emissions-Tomographie (PET), Experimente der Kern- und Teilchenphysik sowie COLTRIMS- und Reaktionsmikroskopie-Anwendungen. In all diesen Bereichen liefert die zeitliche Korrelation der Messereignisse wertvolle Informationen über den zugrunde liegenden physikalischen Prozess und verbessert gleichzeitig das Signal-Rausch-Verhältnis durch die Unterdrückung unkorrelierter Hintergrundereignisse.

Die cronologic Time-to-Digital Converter erfassen die Zeitstempel aller Eingangssignale kontinuierlich und mit hoher Präzision. Anstatt Koinzidenzen bereits während der Datenerfassung durch eine fest implementierte Hardwarelogik auszuwerten, können die Zeitstempel flexibel in der Anwendersoftware verarbeitet werden. Dadurch lassen sich Koinzidenzfenster, Auswertealgorithmen und Selektionskriterien auch nach Abschluss einer Messung anpassen, ohne dass das Experiment wiederholt werden muss. Dieses softwarebasierte Vorgehen bietet insbesondere bei komplexen oder sich ändernden Messaufgaben ein hohes Maß an Flexibilität.