时间相关单光子计数

时间相关单光子计数法测量生物组织光学参数

曲线顶点所对应时刻的几率更大一些。当时间原点被准确确
定后，一个电子脉冲相对于原点的时间被确定。一定的测每在量时间内，不同的电子脉冲按照它们到达时刻的不同被分别累计到不同的时间通道内．从而得到与输入的原始波形一致的直方图。
维普资讯 http://www.cqvip.com
一
综
述
时问相关单光子计数法测量生物组织光学参数
覃东利马蕉高峰
（津大学精密仪器与光电子工程学院天津市天摘要３０７）００２
探讨了目前普遍应用于测量生物组织光学参数的时间相关单光子计数检测技术．详细阐述了该技术的基本原单光子；间分辨；学参数；物组织；收系数；射系数时光生吸散
利用激光临床观察生物组织体吸收和散射等的变化，并
率。对于输入脉冲来说。Ｐ从ＭＴ输出的脉冲具有很大的随机
Βιβλιοθήκη Baidu
由此测量这些参数。生物医学成像［诊断中具有特别重要在１ｌ和

时间相关单光子计数荧光寿命测量中数据获取和处理

第18卷　第2期

核电子学与探测技术Vo l.18N o.21998年3月N uclear Electr onics &D etectio n T echno lo gy M ar ch 1998

时间相关单光子计数荧光寿命

测量中数据获取和处理

龚达涛　刘天宽　虞孝麒　沈广德　施朝淑　邓杰　杨炳忻

(中国科学技术大学近代物理系,合肥,230027)

本文介绍了时间相关单光子计数荧光寿命测量中的数据获取系统和数据分析方法。

关键词:时间相关单光子计数　荧光寿命　最小二乘曲线拟合　多指数函数拟合

1　引言

时间相关单光子计数技术[1]是测量纳秒级荧光寿命的一种方法,具有时间分辨好,灵敏度高等优点,在物理学、化学、生物医学等领域有广泛的应用。下面介绍我校物理系和近代物理系

合作建立的一套时间相关单光子计数荧光寿命测量系统中的数据获取系统和数据处理方法。图1　脉冲放电光源作为激发源的荧光谱仪的系统组成框图

2　数据获取系统

使样品产生荧光的激发源可以是激光、脉冲

放电光、同步辐射光、放射源等。图1是脉冲放电

光源作为激发源的荧光谱仪的系统组成框图。

激发光单色仪和荧光单色仪分别选取合适波

长的激发光和出射荧光。调节光通量使进入光电

倍增管的荧光为单光子。样品发射荧光经光电倍

增管、快放大器、恒比定时甄别器作为时幅变换器

(TAC )的启动信号(START ),脉冲光源的光经

光电倍增管、快放大器、恒比定时甄别器、延时器

作为TAC 的停止信号(ST OP)。用荧光作T AC

的启动信号可避免有激发光无荧光时T AC 超时

引起的死时间。模数变换器(ADC )、微机输入接

时间相关单光子计数

相对均匀的组织μs’可视为常数[2]
时间相关单光子计数
R
μa
光学特性
主要应用
乳房层析成像
例：乳腺癌检测[8] 脑成像例：早产儿血样动力变化成像[9] 肌肉与骨骼的研究例：骨骼的光学实验，肌肉组织中的血流动力学和氧动力学的检测（例：心肌细胞动力研究[10]）
乳房层析照相原理图
[7]覃东利.时间分辨组织体光学参数测量及扩散光学成像实验研究[D].2007. [8]刘维.用于乳腺扩散光学层析成像的多通道光子计数系统的设计[D].2007. [9]高峰,杨芳,和慧园.早产儿大脑血氧动力变化的二维扩散光学层析技术[A].2007年中国科学技术协会年会论文集[C].2007. [10]程颖,任明明,Poirier N等.心肌细胞NAD(P)H荧光成分分析法监测心脏移植排斥反应[J].中国胸心血管外科临床杂志,2009,16(6)
ＳＴＯＰＳＴＡＲＴ
光电倍增管放大器
甄别器
延时器
ＴＡＣ A/D
甄别器
计算机
多通道分析仪
显示器
TCSPC 经典工作方式[1]
TCSPC原理及原理图[2]
基本原理：用一个窄光脉冲激发样品, 然后检测样品所发射的第一个荧光光子到达光信号接收器的时间。由TAC将此时间成比例的转化为相应的电压脉冲，再将此电脉冲通过AD转换通入多通道分析器[3]，在多通道分析器中, 这些输出脉冲均依次送人各通道中累加贮存。就获得了与原始波形一致的直方图。在某一时间间隔内检测到光子的几率与荧光发射强度成正比例, 重复多次测量得到荧光强度衰变的规律。

单光子计数实验报告

引言：

单光子计数实验是现代光子学研究中一项重要的技术手段，可以用于精确测量光子的数量和计数。本文是对单光子计数实验的进一步探索和研究的报告，主要介绍了实验的设备和方法，以及实验过程中所遇到的问题和解决方法。通过这些实验数据和分析结果，我们可以对单光子计数实验的原理和应用有更深入的了解，为相关研究和技术应用提供参考。

正文内容：

一、实验设备和方法

1.实验装置：我们采用了型光子计数器作为主要的实验装置。该光子计数器具有较高的计数精度和稳定性，可以实现单光子计数和时间分辨测量。

2.实验光源：为了获得单光子信号，我们使用了一台型激光器。该激光器可以发射高稳定度和窄脉冲宽度的光子，适用于单光子计数实验。

3.实验样品：我们选择了一种具有较高荧光量子效率的荧光物质作为实验样品。通过调节样品的浓度和吸光度，我们可以控制单光子计数的强度和分布。

4.实验控制系统：为了实现精确控制和数据采集，我们采用了一个先进的实验控制系统。该系统可以实时监测光子计数器的计数和时间，以及控制实验参数的设置。

二、实验过程和数据分析

1.实验准备：在进行实验之前，我们需要对实验装置和控制系统进行校准和调试，确保实验的准确性和可靠性。

3.数据分析：通过对实验数据的分析，我们可以得到单光子计数的数据分布和统计特性。在数据分析过程中，我们采用了一系列数学方法和统计模型，例如：泊松分布，高斯分布等等。

4.结果验证：为了验证实验结果的可靠性，我们进行了重复实验，并与模拟结果进行对比分析。通过小概率事件的比较和实验误差的评估，我们可以确定实验的可信度和准确性。

基于近红外连续波的无创组织体血氧检测系统

血氧检测

摘要

众所周知，人体各项生命活动离不开氧的参与。人体吸入的氧绝大多数随血液循环被输送到全身各处的组织细胞。只要对血液中的氧含量做到准确的检测,就可以了解身体各个组织器官是否缺氧，临床上一般通过测量血氧饱和度来判断人体血液中的含氧量。血氧饱和度是指血液中血红蛋白实际结合的氧气氧含量占血液中血红蛋白所能结合氧气的最大量氧容量的百分比。人体血氧饱和度值作为一个非常重要的生理指标,己经被用到了实时监护、临床医学等各个方面。

由于近红外光谱技术具有无创伤、灵敏度高、响应速度快等特点，在医学诊断和治疗领域有着广泛的应用。近红外光谱技术具有无创伤、灵敏度高、响应速度快等特点，因此，在医学诊断和治疗领域有着广泛的应用。本文首先分析了血氧检测的研究背景及意义，用近红外连续波作为组织检测系统的设计方案，并应用时间分辨方法估算组织体的差分路径因子，并根据修正的朗伯-比尔定律计算出组织血氧饱和度方案和由光子漫射方程理论推导出的基于空间分辨组织血氧饱和度的测量方案。

关键词朗伯-比尔定律血氧饱和度值红外连续波无创检测

一绪论 0

1.1 人体血氧检测的背景和意义 0

1.2 人体组织的血氧检测的发展 (1)

1.3 近红外无创组织体血氧检测测量方法的研究 (2)

1.3.1 连续波的血氧测量技术 (2)

1.3.2 基于时间分辨血氧测量技术 (3)

1.3.3 基于频率分辨的血氧测量技术 (4)

二近红外连续波无创血氧检测 (4)

2.1 连续波无创血氧检测系统的理论基础 (4)

2.2 基于差分路径的连续波测量方法 (6)

稳态-瞬态荧光光谱仪操作说明书

稳态/瞬态荧光光谱仪（FLS 920）操作说明书

一、仪器测试原理

时间相关单光子计数原理是FS920测量荧光寿命的工作基础。

时间相关单光子计数法(time－correlated single photon counting)简称“单光子计数(SPC)法”，其基本原理是，脉冲光源激发样品后，样品发出荧光光子信号，每次脉冲后只记录某特定波长单个光子出现的时间t，经过多次计数，测得荧光光子出现的几率分布P(t)，此P(t)曲线就相当于激发停止后荧光强度随时间衰减的I(t)曲线。这好比一束光(许多光子)通过一个小孔形成的衍射图与单个光子一个一个地通过小孔长时间的累计可得完全相同的衍射图的原理是一样的。

二、测量之前需要特别注意的事项

1.在切换光源、修改设置或放样品之前必须把狭缝（Δλ）关到最小（0.01nm），否则会损坏光电倍增管！

如果打开样品室盖子之后，Em1的Signal Rate增加，请停止实验并立即与工作人员联系！

2.测量样品的瞬态性质之前，请用先对样品的稳态性质进行表征，了解样品的激发光谱与发射光谱及最

佳激发波长和发射波长；

3.用PMT检测时，必须等稳压电源CO1的温度示数在-15ºC以下才可以开始采集数据；

4.狭缝范围0.01～18nm，调节时注意不要超过其上限；（L1: 1mm相当于1.8nm, 200-900nm)；（L2: 1mm

相当于5.4nm, 900-1900nm)

5.每次设置完参数后都要点击Apply或者回车键确定；

6.文件保存路径为：C:\data\导师\自己文件夹

单光子计数实验报告

一、实验目的

1.了解单光子计数工作原理。了解单光子计数器的主要功能，掌握其基本操作方法。

2.了解用单光子计数系统检验微弱光信号的方法。

二、实验原理

1.光子流量和光流强度

光是有光子组成的光子流，单个光子的能量ε与光波频率ν的关系是

ε=hν=hc/λ (1）

式中c是真空中的光速，h是普朗克常数，λ是波长。

光子流量可用单位时间内通过的光子数R表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。单色光的光功率P与光子流量R的关系是：

P=Rε

(2）如果光源发出的是波长为630nm的近单色光，可以计算出一个光子的能量ε为

Ε=3.13×10-19J当光功率为10-16W时，这种近单色光的光子流量为

R=3.19×102s-1当光流强度小于10-16W时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到一毫秒内不到一个，光子，因此实验中要完成的将是对单个光子进行检测，进而得出弱光的光流强度，这就是单光子计数。

2.测量弱光时光电倍增管的输出特性

当光子入射到光电倍增管的光阴极上时，光阴极吸收光子后将发射出一些光子，光阴极产生的光电子数与入射到阴极上的光子数之比成为量子效率。大多数材料的量子效率都在30%以下。在弱光下广电倍增管输出的光电子脉冲基本上不重叠，所以光子计数实际上是将光电子产生的脉冲逐个记录下来的一种探测技术。当然，从统计意义上说也是单光子基数。

当光强降到10-16W左右时，尽管光信号是有一连续发光的光源发出的，而光电倍增管输出的信号却是一个一个分离的尖脉冲，光子流量与这些脉冲的平均计数率成正比。只要用计数的方法测出单位时间内的光电子脉冲数，就相当于检测了光的强度。

时间相关单光子计数光谱仪的优化

第２３卷第１２期
百度文库２１０１年１２月
强激光与粒子束
ＨＩＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＧＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ
Ｖｏ．１２３，ＮＯ１．２
Ｄｅ．，２１１ｃ０
文章编号：１０ — ３２２１）２３１－４０１４２（０１１ — ４７０
系统由皮秒激光系统、光学系统、秒光探测、秒时间相关电子学系统和微机处理系统等几部分组成口。皮皮］
皮秒激光系统由锁模氩离子激光器、同步泵浦染料激光器、步泵浦腔倒空激光器、光倍频器组成。输同激
术的基础，物理学、在化学、生命科学ｌ、１材料学和信息科学技术等领域有着广泛的应用前景，］对生物学、物医生学、生物化学、子生物学、析化学、合化学、分分组材料科学、分子计算等都有至关重要的意义。其核心技术已被应用到各种时间一飞行谱仪、量空间大气的光雷达及光通讯信号传输时间特性测量中，测得的光谱数据能测所够深入揭示物质内部的微观作用机制和跃迁动力学进程，具有很高的科学价值和显示度］目前，。中科院长春光学精密机械与物理研究所、西南交通大学、山东理工大学等科研院所从事此方面的研究，大部分停留在理论研究或仪器试制阶段。长春光学精密机械与物理研究所研制成功了皮秒时间相关单光子计数光谱仪，但技术还不够成熟，采用分立设备，器体积庞大。本研究对光谱仪的数据采集系统进行了改进，制了基于ＰＩ仪研Ｃ技术的光谱仪数据采集卡，化了仪器的结构，善了仪器的性能。优改

荧光寿命测定方法

三、单光子计数方法
•
单光子计数技术，是检测极微弱光的有力手段，这一技术是通过分辨单个光子在检测器（PMT）中激发出来的光电子脉冲，把光信号从热噪声中以数字化的方式提取出来 • 光电倍增管(PMT)是一种高灵敏度电真空光敏器件，主要包括以下几个部分：光窗：光线或射线射入的窗口璃；光阴极：这是接受光子产生光电子的电极；倍增极：管内光电子产生倍增的电极，倍增极的数目有8～13个，一般电子放大倍数达106-109；阳极：经过多次倍增后的电子被阳极收集，形成输出信号。
二、测定荧光寿命的几种方法
荧光寿命测定的现代方法主要有以下几种：时间相关单光子记数法(Time-Correlated Single-Photon Counting ，TCSPC) 频闪技术(Strobe Techniques) 相调制法(Phase Modulation Methods) 条纹相机法(Streak Cameras) 上转换法(Upcon-version Methods)
均寿命τ 。 τ =1/A21
一、荧光寿命的概念
假定一个无限窄的脉冲光(δ函数) 激发n0 个原子到其激发态,处于激发态的原子将通过辐射或非辐射跃迁返回基态。假定两种衰减跃迁速率分别为Γ 和knr ,则激发态衰减速率可表示为 d n ( t)/d t= - (Γ + knr ) n ( t) 其中n ( t) 表示时间t 时激发态原子的数目,由此可得到激发态物质的单指数衰减方程。 n ( t) = n0 exp ( - t/τ) 式中τ为荧光寿命。荧光强度正比于衰减的激发态分子数,因此可将上式改写为: I ( t) = I0 exp ( - t/τ) 其中I0 是时间为零时的荧光强度。于是,荧光寿命定义为衰减总速率的倒数: τ = (Γ + knr ) - 1 也就是说荧光强度衰减到初始强度的1/e 时所需要的时间就是该荧光物质在测定条件下的荧光寿命。

荧光寿命测定方法

τ = (Γ + knr ) - 1 也就是说荧光强度衰减到初始强度的1/e 时所需要的时间就是该荧光物质在测定条件下的荧光寿命。
二、测定荧光寿命的几种方法
荧光寿命测定的现代方法主要有以下几种：时间相关单光子记数法(Time-Correlated Single-Photon Counting ，TCSPC) 频闪技术(Strobe Techniques) 相调制法(Phase Modulation Methods) 条纹相机法(Streak Cameras) 上转换法(Upcon-version Methods)
三、单光子计数方法
• 单光子计数技术，是检测极微弱光的有力手段，这一技术是通过分辨单个光子在检测器（PMT）中激发出来的光电子脉冲，把光信号从热噪声中以数字化的方式提取出来
• 光电倍增管(PMT)是一种高灵敏度电真空光敏器件，主要包括以下几个部分：
光窗：光线或射线射入的窗口璃；光阴极：这是接受光子产生光电子的电极；倍增极：管内光电子产生倍增的电极，倍增极的数目有8～13个，一
式中：tj＝to＋tj0 得到光检测方程
λ（t）＝ αI（t）式中：α 是比例系数。说明光电子发射概率密度与光场瞬时强度成正比。
三、时间相关的单光子计数方法TCSPC
降低激光功率，使每一个激光脉冲所含能量足够小，以至于每次激发样品时或者仅有１个荧光光子到达探测器的光阴极，或者没有。假如100 个激光脉冲激发样品，所发出的荧光光子仅能使光阴极平均发射１个光电

荧光寿命测定方法.

三、单光子计数方法
•
单光子计数技术，是检测极微弱光的有力手段，这一技术是通过分辨单个光子在检测器（PMT）中激发出来的光电子脉冲，把光信号从热噪声中以数字化的方式提取出来 • 光电倍增管(PMT)是一种高灵敏度电真空光敏器件，主要包括以下几个部分：光窗：光线或射线射入的窗口璃；光阴极：这是接受光子产生光电子的电极；倍增极：管内光电子产生倍增的电极，倍增极的数目有8～13个，一般电子放大倍数达106-109；阳极：经过多次倍增后的电子被阳极收集，形成输出信号。
E4 E3 E2
(10-8s) (10-3s)
E4 E3 E2
h
E1
E1
一、荧光寿命的概念
自发辐射：处于高能级E2的原子自发地向低能级E1跃迁，并发射出一个频
率为 υ=（ E2- E1 ）/h的光子。
自发跃迁几率：发光材料在单位时间内，从高能级上产生自发辐射的发光
粒子数密度占高能级总粒子数密度的比值 A21=(dn21/dt)sp/n2
荧光寿命的测定方法
2013-9-26
一、荧光寿命的概念
二、测定荧光寿命的几种方法
三、时间相关单光子计数方法TCSPC
四、TCSPC技术优缺点
五、荧光寿命测定中可能存在的问题
一、荧光寿命的概念
激光(Laser)的全名是“光的受激辐射放大”。 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

时间相关单光子计数

时间相关单光子计数（Time-resolved single photon counting）简称TRSPC，是现代光子探测技术中最重要的技术之一。它是单光子探测器能够全光子计数的发展结果，允许单光子级别的分辨率获得时间信息。TRSPC的创新性在于它的时间分辨率能够达到几乎和物理限制相吻合的精度，从而可以实现对非常快、非常慢甚至非常弱的信号的检测。当前，TRSPC的应用还处于初级阶段，但是它仍然能够以提供从电荷转移到化学反应的实时动力学过程等更多勘探信息为潜在优势，无论是在医学研究还是生物研究都将发挥巨大的作用。

TRSPC特有优势：

1、强大的时间分辨率。与经典技术相比，TRSPC能够实现对光子瞬间发生的活性事件的快速检测，因此具有极其精准的时间分辨率；

2、极高的信噪比。TRSPC可以快速、准确地检测弱信号，抑制固有噪声；

3、宽范围的信号检测范围。由于有不同的采样分辨率，TRSPC可以满足不同的信号检测要求，满足信号强度和时间分辨率的各种组合；

4、高性价比。由于TRSPC的方法不需要复杂的功能仪器，以及处理

得当的数字化设备，可以显著降低检测成本。

因此，TRSPC是现代光子探测器技术中最具区别性的技术之一。它无论是在医学研究、生物技术或其他领域，都能够提供更加准确、更加丰富的实时检测信息，与对已有的经典技术不同，能够有效解决复杂的实验过程中的挑战，从而满足用户需求。

单光子计数实验数据处理

五、数据处理

1.选择阈值模式，测量暗计数率和光计数率曲线

常温下的暗计数率和光计数率曲线：

光计数

暗计数

低温（4℃）下的暗计数率和光计数率曲线：

光计数

暗计数

由以上结果可以看出，在低温情况下，热电子对光计数的影响更小。这是由于低温下，电子平均速率更小，影响计数的逸出电子数量更少的缘故。

2.选择时间模式，分别改变积分时间和采样时间，记录电流、功率和单光子计数率

测量了采样时间和积分时间分别为：1000ms，1000ms；500ms，500ms；1000ms，500ms的光子计数率-时间曲线。

下图是采样时间为1000ms，积分时间为1000ms的条件下的光子计数率-时间曲线：

3.作出光功率-光子计数率曲线

（1）采样时间：1000ms 积分时间：1000ms

功率uw 1 2.7 4.1 5.3 6.7 8 9.1 10.2 11.1 12.4 光子数7563 18471 28981 39563 51712 63213 73801 84685 93217 106387 （2）采样时间：500ms 积分时间：500ms

功率uw 1.1 2.6 4 5.4 6.7 8 9.1 10.2 11.1 12．1 光子数4083 8910 14590 20225 25686 31562 36846 41997 46690 51839

单光子计数

利用光的粒子性来检测光信号的方法称为光子计数。当光信号微弱到只有十几个光子到数千个光子的光功率时怎样检测光信号？例如激光测月装置，激光测大气层，远程激光雷达，激光测距等，其光接收机探测到的光子数都非常少，这时用一般的探测光强平均值的方法是根本测不出来的因为灵敏度最高的光电信号其本身的热噪声水平也有10-14W 。单光子计数把入射到探测器上的一个个的光转成一个个的电像冲，采用冲高度甄别技术，将不我信号从噪声中提取出来。目前一般光子计数的探测灵敏度优于10-17W 。实际上，在我们的实验室里，激光拉曼光谱技术，X 射线衍射中均用到光子计数技术。

一实验目的

1．了解单光子计数的基本组成

2．掌握单光子计数的原理，特别是脉冲幅度甄别技术及其在单光子计数中的应用。

3．掌握正确的选择甄别电压幅度对光子计数结果的影响。

二实验原理

1．光子

光是由光子组成的光子流。光子的静止质量为零。对应于频率v ，光子的能量E p 可表达为

J hc hv Ep λ/==

（1）或 eV e hc Ep λ=

式中的，planck 常数sec,106.634J h −×=c 为真空中的光速，e 为电子电荷。作为一个

例子，当实验用的入射光波长为600nm 的近单色光，一个光子的能量eV J Ep 2103.319≈×=−

光子流量R 定义为单位时间通过某一截面的光子数。光流强度常用光功率P 表示。对单色光

p E R p ⋅=

（2）若上例中1410−=S R ，则其光功率p 为

15194103.3103.310−−×=××=p （瓦）

单光子计数技术的理论和应用研究

单光子计数技术是一种非常重要的技术，它可以用于很多领域，例如量子信息、光学成像、生物医学等等。本文将介绍单光子计数技术的理论和应用研究，并从几个方面详细探讨单光子计数。

一、单光子计数技术的基本理论

单光子计数技术是一种非常精密的技术，它需要一些基本的理论作为支撑。首先，需要知道光子是什么。光子是电磁波量子化后的结果，具有粒子性质。此外，需要了解一些光学原理，例如干涉、衍射、偏振等等。在单光子计数技术中，常用的器件包括单光子计数器、光子降噪器、光子纠缠源等等。这些器件都能够有效地帮助实现单光子计数技术。

二、单光子计数技术在量子信息中的应用

量子信息是一种非常重要的信息处理方式，单光子计数技术则是量子信息的重

要组成部分。单光子计数技术可以用于量子密钥分发、量子比特读取、量子态制备等等。例如，在量子密钥分发中，需要验证光子是否为单个光子，这就需要单光子计数技术。此外，还可以利用单光子计数技术实现远距离量子通信。

三、单光子计数技术在光学成像中的应用

单光子计数技术也可以用于光学成像。单光子计数技术可以实现非常高的分辨率，因此在超分辨率成像领域有着广泛的应用。例如，在生物医学成像领域，单光子计数技术可以用于显微镜成像，可以有效地观察到生物体内的微小结构和细胞器等等。此外，单光子计数技术还可以用于表面等离子共振成像、荧光共振能量转移成像等等光学成像技术中。

四、单光子计数技术在生物医学中的应用

单光子计数技术在生物医学中的应用也非常广泛。例如，在纳米生物医学领域中，单光子计数技术可以实现非常高的灵敏度，可以有效地检测生物分子、细胞等等。此外，单光子计数技术还可以应用于荧光分子显微技术、分子影像学等等。它们都需要高灵敏的光学检测技术，单光子计数技术则是一种非常好的选择。

单光子计数实验

【摘要】

本实验中，我们学习了以PMT为探测器的光子技术的基本实验方法并通过实验了解光子计数方法和弱光检测中的一些特殊问题。在实验过程中，我们先初步确定甄别电平的取值范围然后在这个范闱里确定最佳甄别电平，进而研究了单光子计数信噪比SNR与测量时间t 及入射光功率Po的关系，以及暗记数率Rd随温度T的变化规律。

关键词：单光子计数，甄别电平，光计数，暗计数，信噪比

一、引言

微弱光信号是时间上比较分散的光子流,因而由检测器(通常是光电倍增管，简称PMT) 输出的将是自然离散化的电信号。针对这一特点发展起来的单光子计数技术，采用脉冲放大、脉冲甄别和数字计数技术，人大提高了弱光探测的灵敏度。光子计数技术有如下有点：1. 有很高的信噪比；2.抗漂移性很好；3.有比较宽的线性动态范围。目前用于光子计数的探测器有常规的PMT,也有微多通道板PMT和雪崩光电二极管等新型器件。

本实验学习PMT为探测器的光子计数技术的基础实验方法，并通过实验了解光子计数方法和弱光检测中的一些特殊问题。

二、实验原理

1.光子流屋和光流速度

光是有光子组成的光子流，单个光子的能屋巧与光波频率u的关系是

E p = hv = y(1)

式中c是真空中的光速，h是普朗克常数，久是波长。光子流量可用单位时间内通过的光子数R 表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。单色光的光功率P与光子流量R的关系是：

P = RE P(2)

当光流强度小于10-16W时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到1ms内不到一个光子，因此实验中要完成的将是对单个光子进行检测，进而得出弱光的光流强度，这就是单光子计数。