第四章：光子计数技术

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光子计数方法的特点： 光子计数方法的特点： 1. 只适用于极微弱光的测量，光子的速率限制在大 只适用于极微弱光的测量， 的功率， 约109/s，相当于 ，相当于1nW的功率，不能测量包括许多 的功率 光子的短脉冲强度。 光子的短脉冲强度。 2. 不论是连续的，斩光的，脉冲的光信号都可以使 不论是连续的，斩光的， 能取得良好的信噪比。 用，能取得良好的信噪比。 3. 为了得到最佳性能，必须选择光电倍增管和装备 为了得到最佳性能， 带制冷器的外罩。 带制冷器的外罩。 4. 不用数模转换即可提供数字输出。 不用数模转换即可提供数字输出。
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1． 单电平工作， K3打向 端, 上阈值接高电平。 ． 单电平工作， 打向1端 上阈值接高电平。 2． 窗口工作方式 ， K3打向 端。（异或门：相同出 ） 打向1端。（异或门 相同出0） 异或门： ． 3. 校正工作方式， K1,K2合上，K3打向 端 合上， 打向2端 校正工作方式，
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门控光子计数器
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Байду номын сангаас
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4-2 光子计数器中的光电检测器件比较
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光电倍增管
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4－4光子计数器的测量方法 － 光子计数器的测量方法
一．光子速率的直接测量法
t=N/RC N为计数器 的予置值，RC为时钟发生器的脉冲频率， 为计数器C的予置值 为计数器 的予置值， 为时钟发生器的脉冲频率， 则光速率为： 则光速率为： RA＝NA/t=NA RC /N， NA 为计数器 在t时间内的计数值。 为计数器A在 时间内的计数值 时间内的计数值。 ，
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三. 光子发射的泊松分布
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4－3 放大器－鉴别器 － 放大器－
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背景补偿系统
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有斩光器的光子计数系统工作波形
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二.光子计数系统框图 稳态光子计数器
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God said, Let there be light: and there was light. 一．光子
光子能量 Ep=hν (J) ＝hC/λq (eV) 其中， 其中， ν=C/λ ， ν 是光频， 是光频， h为普朗克常数。 为普朗克常数。 为普朗克常数 光辐射功率 P ＝R Ep （W） ） R：光子速率， ：光子速率， 单位时间内发射的 光子数。 光子数。
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二．源补偿测量法
常用于光源的发光强度不十分稳定的情况
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一．结构与原理
1、结构 、 光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、 光电倍增管由光窗、光电阴极、电子光学系统、电子 五个主要部分组成，其外形如图。 倍增系统和阳极等 五个主要部分组成，其外形如图。
聚焦极
管脚
入射光
窗口 光电阴极 电子倍增器 阳极
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2、工作原理 、 光子透过入射窗口入射到光电阴极上。 光子透过入射窗口入射到光电阴极上。 光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 光电阴极的电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 光电子通过电场加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极 D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。入 倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子。 射电子经N 级倍增极倍增后，光电子就放大N次 射电子经 级倍增极倍增后，光电子就放大 次。 经过倍增后的二次电子有阳极A收集起来，形成阳极光电流， 经过倍增后的二次电子有阳极 收集起来，形成阳极光电流， 收集起来 在负载R 上产生信号电压。 在负载 L上产生信号电压。
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光子计数技术的应用
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光子计数技术的基本过程： 光子计数技术的基本过程： 1. 用光电倍增管检测微弱光的光子流，形成包括噪声 用光电倍增管检测微弱光的光子流， 信号在内的输出光脉冲。 信号在内的输出光脉冲。 2. 利用脉冲幅度鉴别器鉴别噪声脉冲和多光子脉冲， 利用脉冲幅度鉴别器鉴别噪声脉冲和多光子脉冲， 只允许单光子脉冲通过， 只允许单光子脉冲通过， 3. 利用光子脉冲计数器检测光子数，根据测量目的， 利用光子脉冲计数器检测光子数，根据测量目的， 折算出被测参量。 折算出被测参量。 4. 为补偿辐射源或背景噪声的影响，可采用双通道测 为补偿辐射源或背景噪声的影响， 量方法。 量方法。
K hν
D1 R1 R2 D2 Dn Rn
A
V0 Rl
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二．光电倍增管的供电和信号输出电路
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