单光子试验知识分享.ppt
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1、单光子试验单光子试验目录目录1.实验目的2.实验原理3.实验器材4.实验内容5.实验结果6.注意事项实验目的(1)熟悉弱光检测技术。(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。实验原理 一、光子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。与一定的频率v相对应,一个光子的能量Ep可表示为 Ep=hv=hc/式中c=3108m/s是真空中的光速;h=6.610-34JS是普朗克常数。光流强度常用光功率P表示,单位为W。单色光的光功率与光子流量R(单位时间内通过某一截面的光子数目)的关系为 P=REp所以,只要能测量到光子的流量R,即可得到光流强度。二.
2、测量弱光时光电倍增管输出信号的特征 在可见光的探测中,通常利用光子的量子特性,选用光电倍增管作探测器件。光电倍增管从紫外到近红外都有很高的灵敏度和增益。当用于非弱光测量时,通常是测量阳极对地的阳极电流(图21(a),或测量阳极电阻RL上的电压(图21(b),测得的信号电压(或电流)为连续信号;然而在弱光条件下,阳极回路上形成的是一个个离散的尖脉冲。为此,我们必须研究在弱光条件下光电倍增管的输出信号特征。当弱光信号照射到光阴极上时,每个入射的光子以一定的概率(即量子效率)使光阴极发射一个光电子。这个光电子经倍增系统的倍增,在阳极回路中形成一个电流脉冲,即在负载电阻RL上建立一个电压脉冲,这个脉冲
3、称为“单光电子脉冲”。脉冲的宽度tw取决于光电倍增管的时间特性和阳极回路的时间常数RLC0,其中C0为阳极回路的分布电容和放大器的输入电容之和。性能良好的光电倍增管有较小的渡越时间分散,即从光阴极发射的电子经倍增极倍增后的电子到达阳极的时间差较小。若设法使时间常数较小则单光电子脉冲宽度tw减小到1030ns。如果入射光很弱,入射的光子流是一个一个离散地入射到光阴极上,则在阳极回路上得到一系列分立的脉冲信号。图为光电倍增管阳极回路输出脉冲计数率R随脉冲幅度大小的分布。曲线表示脉冲幅度在V(V+V)之间的脉冲计数率R与脉冲幅度V的关系,它与曲线(R/V)V有相同的形式。因此在V取值很小时,这种幅度
4、分布曲线称为脉冲幅度分布的微分曲线。三.光子计数器的组成光电倍增管 光电倍增管性能的好坏直接关系到光子计数器能否正常工作。对光子计数器中所用的光电倍增管的主要要求有:光谱响应适合于所用的工作波段;暗电流要小(它决定管子的探测灵敏度);响应速度快、后续脉冲效应小及光阴极稳定性高。放大器 放大器的功能是把光电倍增管阳极回路输出的光电子脉冲和其它的噪声脉冲线性放大,因而放大器的设计要有利于光电子脉冲的形成和传输。对放大器的主要要求有:有一定的增益;上升时间tr3ns,即放大器的通频带宽达100MHz;有较宽的线性动态范围及噪声系数要低。脉冲高度甄别器 脉冲高度甄别器的功能是鉴别输出光电子脉冲,弃除光
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