[發明專利]無光照熱電子噪聲脈沖鑒別單光子計數器

無效

• 申請號: 201110428555.2
• 申請日: 2011-12-20
• 公開（公告）號: CN102435325A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 黃篤之;李光輝;周達林;謝春香;羅朝海
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: G01J11/00
• 分類號: G01J11/00;G01J1/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種無光照熱電子噪聲脈沖鑒別單光子計數器。?

背景技術

隨著現代科學技術的發展，在物理、化學、生物、醫學、環境、天文和信息科學等領域中對測量微弱光信號的要求越來越高，需求正在不斷增長。單光子計數器是一種測量極微弱光的測量方法，它測量的光的光電流強度比光電探測器本身在室溫下的熱噪聲水平(10^-14W)更低，通常的測量方法是不能把這種淹沒在噪聲中的信號測量出來的。在極微弱光照射下，這種方法把光按照單個光子來處理，光子探測器輸出為自然離散的脈沖信號，采用脈沖鑒別技術和數字計數技術把極微弱光信號提取出來。目前，光的極限領域的檢測技術已成為研究各種更加高深現象的重要手段，單光子計數器測光技術已經廣泛應用于光電子學各行各業。?

單光子計數器是一種高靈敏低噪聲的微弱信號檢測設備，主要部件有光電傳感器、放大器、鑒別器和計數器等。光電傳感器在輸出由入射光子產生的單個脈沖的同時，也會輸出一系列的噪聲脈沖。影響光電傳感器單光子計數的重要因素是暗電流脈沖，一般認為暗電流主要是由于光電傳感器的熱電子發射，熱電子脈沖電壓高度比光電子脈沖要低一點，因此排除噪聲最有效的方法就是采用區分每個脈沖的大小、高度的方法。經放大器放大的脈沖信號接鑒別器，通過選擇鑒別器的下鑒別電壓和上鑒別電壓，實現只讓陰極發射形成的單光電子脈沖通過，而不讓比下鑒別電壓低和比上鑒別電壓高的脈沖通過，從而將大量的熱電子噪聲和其它噪聲濾去。在這里，對于下鑒別電壓的高低選擇設定非常重要，它是將大量的熱電子噪聲濾去的最重要手段；若下鑒別電壓的設置過高，則大量有用信號脈沖也被扣除，造成靈敏度下降；若下鑒別電壓設置過低，則大量熱電子噪聲脈沖也通過，造成信噪比下降，弱信號淹沒在噪聲中。?

現有大多數單光子計數器的使用者都在考慮上述存在的缺陷，但對于閾值只能粗略的估計，不能精確的確定其值的大小，閾值設定都偏大，而且閾值固定不變，加上系統各元器件的使用狀態及使用年限的差異等多種因素的影響，使得整個儀器的靈敏度和信噪比的參數指標均下降較快，嚴重影響了該行業的研發任務。?

發明內容

針對上述情況，本發明的目的是提供一種結構簡單、緊湊，制造容易，無需投入新的設備，靈敏度高，熱電子噪聲低，測量精度高，使用方便，商業前景好，適宜普及推廣，實現?超高靈敏度和超低噪聲測量光強強度的無光照熱電子噪聲脈沖鑒別單光子計數器。?

為了實現上述目的，一種無光照熱電子噪聲脈沖鑒別單光子計數器，暗盒內主要設有光快門和光電探測器，暗盒外依次設放大器、鑒別器、脈沖整形器、計數器、嵌入式系統、階梯信號發生器及計算機，它們相互電連接；所述暗盒內光快門和光電探測器之間還設置一通光孔和光闌，且通光孔依次貫穿光快門葉片、光闌至光電探測器，使用時，先閉合暗盒內的光快門，無光通過通光孔、光快門和光闌，無光照射在光電探測器上，階梯信號發生器輸出階梯信號至鑒別器基準電壓端，掃描光電探測器熱電子噪聲脈沖能譜，實測系統噪聲譜參數，同時，計算機在其關閉光快門時測得的熱電子噪聲脈沖高度分布曲線并進行數字閾值設置，由實測的熱電子噪聲脈沖能譜曲線確定閾值電壓大小為V下＝V柺+V漂，嵌入式系統控制輸出下閾值電壓，此下閾值電壓輸入到鑒別器基準電壓端，再由放大器處理的光電脈沖信號和熱電子噪聲脈沖經鑒別器、脈沖整形器濾去低于下閾值電壓中的熱電子噪聲脈沖，而光電子脈沖信號通過鑒別器輸入到計數器，實現高信噪比的超高靈敏度和超低噪聲測量光強強度。?

為了實現降低噪聲和顯著提高靈敏度的效果，其進一步的措施還有：?

光快門為機械式手動控制光快門。?

光快門為機械式自動控制光快門。?

光快門關閉時，無任何光入射，自動掃描熱電子噪聲脈沖高度分布。?

光快門開啟時，實現高信噪比光強測量。?

階梯信號發生器包括由運算放大器IC1、電容C1、電阻R1、R2、R3和R4組成的方波發生器，由與非門IC2、二極管D3和D4組成信號開關，并輸入嵌入式系統觸發掃描信號，由運算放大器IC3和IC4組成的斜波發生器，其中以IC4為核心組成的差分放大器經其輸出端取樣調節輸出電壓，IC4的輸出電壓與IC2輸出的門控信號疊加，在運算放大器IC3輸出端形成階梯波信號輸出供給鑒別器基準電壓端。?

鑒別器下閾值電壓的設置為手動設置。?

鑒別器下閾值電壓的設置為自動設置。?