生物医学光子学实验报告

生物医学光子学实验报告

实验一单光子计数实验

一．实验目的

1.掌握一种弱光检测技术

2.了解光子计数方法的基本原理、基本实验技术和弱光检测中的一些主要问题

二．实验原理

光是由光子组成的光子流，光子是静止质量为零，有一定能量的粒子。一个光子的能量可用下式确定

E=h v 0=h c/λ 式中c=3.0 × 108m/s 是真空中的光速 h=6.6 × 10-34

J.S 是普朗克常数 光流强度常用光功率表示，单位为W 。单色光的光功率可用下式表示：

P=R × E

式中R 为单位时间通过某一截面的光子数 光子计数器的组成

光子计数器的误差及信噪比 泊松统计噪声 暗计数

累计信噪比 三．实验装置

计算机，单光子计数器，单色光产生装置 四．实验步骤

Rt N N N SNR η===d

d R R t R t R Rt Rt SNR +=+=ηηηηd

d

t d

t d t p

R Rt t R N N N N N N N SNR 2+=

+-=+=

ηη

1.将冷却水管接在水龙头上并开始通水，打开光子计数器开关。两分钟后打开制冷器开关。

2.约20分钟后，待PV显示值与SV显示相符合后，打开计算机开始采集数据。

3.开机后，在桌面上打开“单光子计数”文件，将模式项为“阈值方式”，改变参数。然后点“开始”开始采集数据，得到一曲线，取阈值。

4.将模式改为“时间方式”，将阈值定为前面测出的，采集数据，得到一振荡的曲线，将之保存，所得数据求平均，即得到背景计数Nd。

5.然后将光源的电源打开，转动光强调节纽，将光强设定为某一强度。开始采集数据，得到一振荡的曲线，将之保存。将所需数据求平均，即得到总计数Nt。

6.根据求信噪比。

7.改变光源强度，再重复5,6步，看信噪比有何变化。

8.实验结束后，关闭单光子计数器及制冷器开关，关闭计算机与光源电源。2分钟后再关闭水源。

五．实验结果与分析

在“阈值方式”时，测得阈值为20。

光强：1

时间（ms） 1.5 7.1 230.0 485.3 731.7 平均光子数

3067 3046 3039 3010 2295 3031 (个)

光强：2.2

时间（ms）2600 4200 9500 14100 18000 平均

3696 3697 3762 3651 3680 3686 光子数

(个)

光强：3.3

时间（ms）5500 7500 8600 9900 12000 平均

4020 4005 3943 4034 4004 4001 光子数

(个)

光强：5.0

时间（ms）400 4000 8300 13100 16500 平均

4610 4591 4605 4613 4629 4610 光子数

(个)

光强：8.1

时间（ms）6700 10300 2000 13600 16800 平均光子数

5650 5721 5644 5699 5742 5691 (个)

光强：9.6

时间（ms）2400 5300 7000 8400 9700 平均

6249 6172 6195 6210 6139 6193 光子数

(个)

所以：SNR1=7.99 SNR2=11.57 SNR3=18.06

SNR4=28.48 SNR5=32.92

结果分析：

从光强与信噪比的关系曲线图中可以看出，信噪比与光强基本成正比关系。

六、思考与讨论

1、影响光子计数系统的测量动态围的主要因素是什么？

答：影响光子计数系统的测量动态围的主要因素是光电倍增管的热电子（暗电流）及其发射的部光子数，这直接影响到系统信噪比的大小，从而影响动态围。

2、接收光功率P0与推算的入射光功率Pi是否一致？若不一致，试分析其原因所在。

答：不一致。其原因可能是为了便于观测，本实验的光功率会偏大（不符合单光子计数条件），有明显的多电子条件，因而需对计算结果Po

进行系数修正才可得到Pi。

七．实验小结

通过本次实验我了解光子计数方法的基本原理、基本实验技术和弱光检测中的一些主要问题。

实验二光镊

一．实验目的及意义

1.理解光镊基本原理；

2.熟悉光镊系统配置及测量方法；

3.通过实验验证光的力学效应，加深对光有动量这一基本物理事实的认识；

4.光的力学效应及其应用是当今科学研究的前沿问题，是多学科交叉的基础；

二．光镊原理

光镊：一种特殊的光场形成的光势阱，它是用光形成的镊子!光镊具有机械镊子抓取物体的功能,是类比机械镊子形象的称呼。

光镊的力为10-15-10-12N

光镊特点：实现非接触的操作；实施无损无菌操控；实时动态跟踪；实现微小力的测量；

利用光的折射产生指向焦点的力利用光的散射产生推力

对光源的要求：

1.波长的选择:避开操作粒子的波长吸收带。可见光—漫反射—滤色片—照明光影响，避免。紫外光—波长短，光子能量大，容易引起光化学过程。红外光—理想。

2.功率的围：几毫瓦-几十毫瓦。功率稳定，连续工作方式，实用的光镊光源：YAG1064nm激光器——0.1-100mw。固体半导体激光器：780nm。适用波长：680-950nm。

实验装置和光路：