第八章光电检测预案.ppt

光子计数器是测量弱光的仪器，如果被检测光束光子速率过大，则光电倍增管不能分辨，无法计数。 因此光子计数器只能对一定光子速率以下的光子束进行计数测量。 §5.4 光子计数器测量弱光的极限 这个速率由光电倍增管的渡越时间离散Δτ决定。 光电倍增管的渡越时间离散Δτ为10~20ns，因此输出电流脉冲的半宽度tw亦为10~20ns。 假定光电倍增管后续的放大器有足够的带宽，鉴别器和脉冲计数器都有足够高的速率的理想情况下，为了分辨每个光电脉冲，光子速率最大值为： 个光子/秒 以发光二极管发射的560nm波长的黄绿光计算，其光功率为 ： （瓦） 实际上光子计数器可以测量计数的弱光的光强要远低于这个数值，约在10-14瓦以下。有的甚至达到 10-18W。 单光子的能量： 对于波长λ=600nm的桔红色光，每个光子的能量约为： 用光子计数器对波长为560nm的弱光进行探测时，在示波器上显示的光电倍增管输出波形如图所示。 光功率为10-13瓦时，已看不到清晰的脉冲说明光电管倍增管已来不及分辨单个光子了。 （a） 光强10-13瓦光电速率脉冲及噪声 （b） 光强10-14瓦光电速率脉冲及噪声 （c） 光强10-15瓦光电速率脉冲及噪声 （c） 光强10-16瓦光电速率脉冲及噪声 光子速率R（光子数/秒）和光束功率P之间的对应数值关系及适应的检测方法如下表: 光子计数器只能测量微弱光和超微弱光的功率，不能测量功率大于10-10W的光功率， 即不能测量含有多光子的光脉冲功率。 锁定放大 鉴别器的任务： 将由光子产生的脉冲电压选择出来，而将倍增极热电子发射产生的小脉冲去掉。 光阴极的热电子发射产生的暗计数脉冲，由于它和光子产生的脉冲幅度一样，因此鉴别器是无法将它去掉的，这种暗计数只有通过两次测量进行扣除。 在进行高计数率的测量时，存在双光子峰，因此鉴别器还必须对这种脉冲幅度是正常单光子脉冲2倍的双光子脉冲要输出2个脉冲供计数器计数。 §5.5 光子计数器中的鉴别器 双阈值鉴别器方框图如图所示: 这种鉴别器由于有二个阈值电平，故可设有三种工作方式。 这种鉴别器由于有二个阀值电平，故可设有三种工作方式 （1）单电平工作方式（2）窗口工作方式 （3）校正工作方式 第一鉴别电平和第二鉴别电平值，由PMT的脉冲高度分布（PHD）曲线决定 §5.6 光电倍增管的单光子响应峰 可以通过实验来获得光电倍增管的脉冲高度分布曲线。 下图为测量光电倍增管的脉冲高度分布曲线的原理框图。 典型的PHD曲线 窗口比较器有两个比较电平VH和VL。VH为上限电平，VL为下限电平，当输入脉冲高度Vi在VH和VL之间时，即VHViVL，窗口比较器输出一个计数脉冲，供计数器计数。选定不同的窄窗口，对确定的时间间隔进行计数，即可作出光电倍增管的PHD曲线。 为了分析和比较的需要，给出峰谷比和分辨率的定义如下： 光子计数器中使用的光电倍增管除了要达到前述的有关特性和要求之外，还应该有明显的单光子响应峰。 峰谷比越大或分辨率越小的光电倍增管越适合于光子计数器使用。 在低计数率的弱光下不存在明显的双光子峰。 §5.7 光电倍增管的计数坪区 —最佳偏压的选择 对同一个光电倍增管测量它的计数率和阳极与阴极高压之间的关系时，发现当高压增加时，计数率增加。 随着高压的增加，计数率逐渐出现一个变化缓慢的坪区。将光电倍增管置于完全黑暗状态测量其暗计数，则发现暗计数与高压的关系不存在坪区，暗计数是随高压增加而不断增加 PMT的计数坪区 为了获得最大信噪比，阳极对阴极的高压应选择为ua1即计数率开始进入坪区时的高压，这是最佳偏置电压。 小的暗计数适合于光子计数器使用。 在信号传输系统中,系统输出信号从最大值衰减3dB的信号频率为截止频率,上下截止频率之间的频带称为通频带,用BW表示. 通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。 通频带越窄，表明电路对通频带中心频率的选择能力越强。 Q值是衡量电感器件的主要参数。是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器的Q值越高，其损耗越小，效率越高。 电感器品质因数的高低与线圈导线的直流电阻、线圈骨架的介质损耗及铁心、屏蔽罩等引起的损耗等有关。 * * * * * 这种鉴别器由于有二个阀值电平，故可设有三种工作方式 （1）单电平工作方式（2）窗口工作方式 （3）校正工作方式 第一鉴别电平和第二