實驗四單光子計數(shù)

實驗四單光子計數(shù)

ID:22784140

大?。?84.50 KB

頁數(shù):20頁

時間:2018-10-31

實驗四單光子計數(shù)_第1頁
實驗四單光子計數(shù)_第2頁
實驗四單光子計數(shù)_第3頁
實驗四單光子計數(shù)_第4頁
實驗四單光子計數(shù)_第5頁
資源描述:

《實驗四單光子計數(shù)》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、實驗四單光子計數(shù)光子計數(shù)也就是光電子計數(shù),是微弱光(低于10-14)信號探測中的一種新技術(shù)。它可以探測微弱到以單光子到達時的能量。目前已被廣泛應(yīng)用于喇曼散射探測、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)等許多領(lǐng)域里微弱光現(xiàn)象的研究。微弱光檢測的方法有:鎖頻放大技術(shù)、鎖相放大技術(shù)和單光子計數(shù)方法。最早發(fā)展的鎖頻原理是使放大器中心頻率與待測信號頻率相同,從而對噪聲進行抑制。但這種方法存在中心頻率不穩(wěn)、帶寬不能太窄、對待測信號缺乏跟蹤能力等缺點。后來發(fā)展了鎖相放大技術(shù),它利用待測信號和參考信號的互相關(guān)檢測原理實現(xiàn)對信號的窄帶化處理,能有效的抑制噪聲,實現(xiàn)對信號的檢測和跟蹤。但是,當(dāng)噪聲與信

2、號有同樣頻譜時就無能為力,另外它還受模擬積分電路漂移的影響,因此在弱光測量中受到一定的限制。單光子計數(shù)方法是利用弱光照射下光電倍增管輸出電流信號自然離散化的特征,采用了脈沖高度甄別技術(shù)和數(shù)字計數(shù)技術(shù)。與模擬檢測技術(shù)相比有以下優(yōu)點:1.測量結(jié)果受光電倍增管的漂移、系統(tǒng)增益的變化及其它不穩(wěn)定因素影響較小。2.基本上消除了光電倍增管高壓直流漏電流和各倍增級的熱發(fā)射噪聲的影響,提高了測量結(jié)果的信噪比??赏_到由光發(fā)射的統(tǒng)計漲落性質(zhì)所限制的信噪比值。3.有比較寬的線性動態(tài)范圍。4.光子計數(shù)輸出是數(shù)字信號,適合與計算機接口作數(shù)字數(shù)據(jù)處理。因此采用光子計數(shù)技術(shù),可以把淹沒在背景

3、噪聲中的微弱光信息提取出來。目前一般光子計數(shù)器的探測靈敏度優(yōu)于10-17,這是其它探測方法所不能比擬的?!緦嶒?zāi)康摹?.介紹這種微弱光的檢測技術(shù);了解GSZFS-2B實驗系統(tǒng)的構(gòu)成原理。2.了解光子計數(shù)的基本原理、基本實驗技術(shù)和弱光檢測中的一些主要問題。3.了解微弱光的概率分布規(guī)律?!緦嶒炘怼?.光子光是由光子組成的光子流,光子是靜止質(zhì)量為零、有一定能量的粒子,與一定的頻率相對應(yīng)。一個光子的能量可由下式?jīng)Q定:(1)式中=3×108m/s,是真空中的光速;=6.6×10-34,是普朗克常數(shù)。例如,實驗中所用的光源波長為=5000?的近單色光,則=3.96×10-1

4、9。光流強度常用光功率表示,單位為。單色光的光功率可用下式表示:20(2)式中為光子流量(單位時間內(nèi)通過某一截面的光子數(shù)目),所以,只要能測得光子的流量,就能得到光流強度。如果每秒接收到=104個光子數(shù),對應(yīng)的光功率為=104×3.96×10-19=3.96×10-15。2.測量弱光時光電倍增管輸出信號的特征在可見光的探測中,通常利用光子的量子特性,選用光電倍增管作探測器件。光電倍增管從紫外到近紅外都有很高的靈敏度和增益。當(dāng)用于非弱光測量時,通常是測量陽極對地的陽極電流(圖1(a)),或測量陽極電阻上的電壓(圖1(b)),測得的信號電壓(或電流)為連續(xù)信號;然而在

5、弱光條件下,陽極回路上形成的是一個個離散的尖脈沖。為此,我們必須研究在弱光條件下光電倍增管的輸出信號特征。圖1光電倍增管負高壓供電及陽極電路圖圖2光電倍增管陽極波形弱光信號照射到光陰極上時,每個入射的光子以一定的概率(即量子效率)使光陰極發(fā)射一個光電子。這個光電子經(jīng)倍增系統(tǒng)的倍增,在陽極回路中形成一個電流脈沖,即在負載電阻上建立一個電壓脈沖,這個脈沖稱為“單光電子脈沖”見圖2。脈沖的寬度w取決于光電倍增管的時間特性和陽極回路的時間常數(shù),其中為陽極回路的分布電容和放大器的輸入電容之和。性能良好的光電倍增管有較小的渡越時間分散,即從光陰極發(fā)射的電子經(jīng)倍增極倍增后的電子

6、到達陽極的時間差較小。若設(shè)法使時間常數(shù)較小則單光電子脈沖寬度w減小到10-30。如果入射光很弱,入射的光子流是一個一個離散地入射到光陰極上,則在陽極回路上得到一系列分立的脈沖信號。20圖3不同光強下光電倍增管輸出信號波形圖3是用TDS3032B示波器觀察到的光電倍增管弱光輸出信號經(jīng)過放大器后的波形。當(dāng)入射光功率≈10-11時,光電子信號是一直流電平并疊加有閃爍噪聲(a);當(dāng)≈10-12時,直流電平減小,脈沖重疊減小,但仍存在基線起伏(b);當(dāng)光強繼續(xù)下降到≈10-13時,基線開始穩(wěn)定,重疊脈沖極少(c);當(dāng)≈10-14時,脈沖無重疊,基線趨于零(d)。由圖可知,當(dāng)

7、光強下降為10-14量級時,在1的時間內(nèi)只有極少幾個脈沖,也就是說,雖然光信號是持續(xù)照射的,但光電倍增管輸出的光電信號卻是分立的尖脈沖。這些脈沖的平均計數(shù)率與光子的流量成正比。圖4光電倍增管輸出脈沖幅度分布的微分曲線圖4為光電倍增管陽極回路輸出脈沖計數(shù)率Δ隨脈沖幅度大小的分布。曲線表示脈沖幅度在-(+Δ)之間的脈沖計數(shù)率Δ與脈沖幅度的關(guān)系,它與曲線(Δ/Δ)-有相同的形式。因此在Δ取值很小時,這種幅度分布曲線稱為脈沖幅度分布的微分曲線。形成這種分布的原因有以下幾點:⑴除光電子脈沖外,還有各倍增極的熱發(fā)射電子在陽極回路形成的熱發(fā)射噪聲脈沖。熱電子受倍增的次數(shù)比光電子

8、少,因此它

當(dāng)前文檔最多預(yù)覽五頁,下載文檔查看全文

此文檔下載收益歸作者所有

當(dāng)前文檔最多預(yù)覽五頁,下載文檔查看全文
溫馨提示:
1. 部分包含數(shù)學(xué)公式或PPT動畫的文件,查看預(yù)覽時可能會顯示錯亂或異常,文件下載后無此問題,請放心下載。
2. 本文檔由用戶上傳,版權(quán)歸屬用戶,天天文庫負責(zé)整理代發(fā)布。如果您對本文檔版權(quán)有爭議請及時聯(lián)系客服。
3. 下載前請仔細閱讀文檔內(nèi)容,確認文檔內(nèi)容符合您的需求后進行下載,若出現(xiàn)內(nèi)容與標(biāo)題不符可向本站投訴處理。
4. 下載文檔時可能由于網(wǎng)絡(luò)波動等原因無法下載或下載錯誤,付費完成后未能成功下載的用戶請聯(lián)系客服處理。