光子计数技术

1、2022-2-121光子计数技术精仪学院生物医学工程05班阮平巧 2005202160导师：高峰GSZF-2型单光子计数实验系统型单光子计数实验系统光子计数技术 光子计数器是一种检测弱光信号的仪器，它在激光研究，荧光、磷光检测，光吸收谱、光散射谱研究等许多领域得到了很广泛的应用。在质谱分析、X射线测量、基本粒子以及生物、医学等研究工作中也得到广泛的应用。光子计数技术的特点v通过光电子脉冲测量光辐射量，系统灵敏度高，抗干扰能力强v系统稳定，易排除电源波动、探测器漏电流和放大器零漂移等因素对测量精度影响；v数字量输出，可直接同计算机或数字式数据处理系统联机，实现最佳测量。光点计数器的组成 光子计数

2、器主要由光电倍增管、放大器、甄别器和计数器组成。光子计数器原理 光电计数器工作时，光电倍增管的光电阴极接受光辐射的照射，在光电倍增光的负载上形成了一系列的电脉冲，把它连接到放大器上光子计数器原理 这些脉冲经放大器放大后，加在甄别器的输入器上，甄别器滤除部分噪音脉冲，只允许那些和光辐射功率成正比的脉冲通过，并送入计数器。光电倍增管中的光电流光电倍增管中的光电流 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，即在负载电阻上建立一个电压脉冲，这个脉冲称为“单光电子脉冲” 。光电倍增管的典型输出脉冲高

3、度分布放大器的输出脉冲甄别器的工作方式 甄别器的作用是弃除低幅度的噪声脉冲，降低光子计数器的背景计数率，提高检测结果的信噪比。通过选择甄别器的第一甄别电平V1和第二甄别电平V2，可实现只将阴极发射而形成的单光子脉冲和热电子脉冲转换为标准脉冲参加计数，而扣除掉其他噪声脉冲甄别器的工作方式v单电平工作方式v窗工作方式v校正工作方式光电倍增管的典型输出脉冲高度分布光电倍增管的输出脉冲和鉴别器工作波形光子计数器甄别器的作用计数方法 计数器在光子计数系统中累加甄别器中的脉冲，并显示计数值和输出相应的数字量或模拟量。为了使系统有较大的动态范围，计数器必须具有高速计数率的性能。计数器工作方式有：v直接计数v

4、比例计数v反比例计数直接计数直接计数比例计数比例计数反比例计数光子计数系统的测量误差 光子计数系统工作于高计数率时，由于光脉冲的堆积效应和甄别器与计数电路的死时间会造成计数损失，因而带来测量误差。对极弱光的测量，由于低计数率时本底噪声（背景计数）的起伏也会对精度测量带来影响，因此需要设法扣除，以提高测量精度。光子计数系统的测量误差v1.脉冲堆积效应误差 信号脉冲都有一定宽度，平均看来，计数率越高，光子到来的间隔时间越短，加之光子到达的时间又是随机的，因而会形成前后光电子脉冲的堆积，时脉冲计数少于实际光脉冲，这就是计数损失。脉冲堆积效应误差光子计数系统的测量误差v2.本底噪声的扣除 当光信号非常微弱而使光子计数器又处于低计数率工作时，要特别考虑本底噪声的扣除和起伏。本底噪声是测量误差的主要来源。 1、当背景光恒定时，采用恒扣法。 2、当测量环境的背景计数速率不恒定时， 采用斩波法来扣除本底计数。恒扣法用两个速率和容量相同的计数器A和B在相同的时间内，使B计数器对背景光计数，A计数器对信号加背景光计数，通过减法电路完成运算A-B，即可扣除背景光的的影响。斩波法 通过周期的切断与接通光路，交替地产生“背景”与“背景信号”的计数率。斩波器的定时参考方波作为计数闸门同步计数器A和B。使计数器A累加“背景信号”计数，计数器B累加“背景计数