專利名稱：單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種在科研院校使用的一種教學(xué)儀器，特別涉及一種 單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光子計數(shù)也就是光電子計數(shù)，即當(dāng)光流強度小于io—16w時，光的光子
流量可降到一毫秒內(nèi)不到一個光子，因此該實驗系統(tǒng)要完成的是對單個光 子進行檢測，進而得出弱光的光流強度，這就是單光子計數(shù)。它是微弱光 信號探測中的一種新技術(shù)，在高分辨率的光譜測量、非破壞性物質(zhì)分析、 高速現(xiàn)象檢測、精密分析、大氣測污、生物發(fā)光、放射探測、髙能物理、 天文測光、光時域反射、量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。單光 子計數(shù)實驗系統(tǒng)，作為教學(xué)演示這種探測技術(shù)的實驗系統(tǒng)，多采用光電倍 增管作為探測器?，F(xiàn)有的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，功率指示表和光電倍增管 多在光源的兩側(cè)，儀器整體結(jié)構(gòu)比較長，并且難以保證光源的光強空間分 布的均勻性，功率指示表和光電倍增管探測的為光源的不同方位，影響結(jié)
果的準(zhǔn)確性；功率指示表多不加窄帶濾光片，僅光電倍增管前加窄帶濾光
片，兩者光路不一致，影響測量結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服上述不足之處，提供一種新型的單光子計 數(shù)實驗系統(tǒng)，以使功率指示表和光電倍增管探測光源相同方位的能量，并 使其前置光路盡量一致，提高系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確度重復(fù)性。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種單光子計數(shù) 實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有光源、窄帶濾光片、半透半反鏡、功率指示表、減光片、光闌筒、光電倍增管、放大器、甄別器、計數(shù)器、電腦及軟件以 及制冷系；其中光源發(fā)出的光經(jīng)過窄帶濾光片濾過，再經(jīng)過半透半反鏡分 成兩束，其中一束由功率指示表接收，另一束經(jīng)過減光片和光闌筒，由光 電倍增管接收，光電倍增管發(fā)出的脈沖信號經(jīng)放大器放大，再經(jīng)過甄別器 祛除噪聲信號，整形后的信號經(jīng)計數(shù)器計數(shù)，同時通過電腦及軟件接收處 理，其中光電倍增管相連有降低工作溫度的制冷系統(tǒng)。
本實用新型的有益效果為該試驗系統(tǒng)的功率指示表和光電倍增管在光
源同側(cè)，減小了儀器尺寸；功率指示表和光電倍增管都通過窄帶濾光片濾 光，提高了兩束光束的一致性，提高了儀器的準(zhǔn)確性；功率指示表和光電 倍增管前置光路完全相同，即從光源到半透半反鏡的光路完全相同，增加 了一致性，提高了儀器的測量精度.；光電被增管前放置光闌筒，減小了雜 散光的影響和降低了背景計數(shù)。

圖1為本實用新型的單光子計數(shù)器結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖2為本實用新型的實驗系統(tǒng)的光路示意圖。 圖中
2、窄帶濾光片 5、減光片 8、放大器 11、電腦及軟件
3、半透半反鏡 6、光闌筒 9、甄別器 12、制冷系統(tǒng)
1、光源 4、功率指示表
7、光電倍增管 10、計數(shù)器
具體實施方式
結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳述如下。
如圖l、 2所示，本實用新型的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)它主要由光 源l，窄帶濾光片2，半透半反鏡3，功率指示表4，減光片5，光闌筒6，光電倍增管7，放大器8，甄別器9，計數(shù)器IO，電腦及軟件ll，制冷系統(tǒng)
12組成。其中光源1發(fā)出的光經(jīng)過窄帶濾光片2濾過，經(jīng)過半透半反鏡3 分成兩束，其中一束由功率指示表4接收，另一束經(jīng)過減光片5和光闌筒6， 由光電倍增管7接收，光電倍增管發(fā)出的脈沖信號經(jīng)放大器8放大，再經(jīng) 過甄別器9祛除噪聲信號，整形后的信號經(jīng)計數(shù)器10計數(shù)，才通過電腦和 相應(yīng)軟件接收處理，其中制冷系統(tǒng)12和光電倍增管相連，來降低其工作時 的溫度。
所述光源1為高亮度發(fā)光二極管，中心波長500nm，半寬度30nm。所 述窄帶濾光片2中心波長為500nm，半寬度為18nm，其作用是提高光源的 單色性。所述半透半反鏡3的作用是將光分為兩束，其中一束進入功率指 示表，另一束進入光電倍增管。所述功率指示表4的作用是檢測光的能量， 根據(jù)相關(guān)比例求出入射到光電倍增管7的能量。所述減光片5為一組衰減 片，其作用為減小進入光電倍增管7的光能量，使其以單個光子的形式進 入光電倍增管7，以適于光電倍增管7的檢測。所述光闌筒6是在減光片5 和光電倍增管7之間，作用是減小雜散光的影響和降低背景計數(shù)。所述光 電倍增管7為CR125光電倍增管。光照射到光電倍增管7陰極上時，每個 光子有一定幾率激發(fā)出光電子，在光電倍增管7內(nèi)經(jīng)過倍增，最終輸出一 個脈沖峰。脈沖的頻率與入射到光電倍增管7上的光子數(shù)成正比。
所述的制冷系統(tǒng)12是用來降低光電倍增管7的工作溫度，降低光電倍 增管7的熱噪聲。進入功率指示表4和光電倍增管7的光都是經(jīng)過窄帶濾 光片3濾過的。
所述的放大器8是用來放大光電倍增管7的陽極回路輸出的光電子脈 沖線性放大。所述的甄別器9是用來鑒別輸出的光電子脈沖信號，祛除光 電倍增管的熱噪聲脈沖。所述的計數(shù)器IO是在規(guī)定的測量時間間隔內(nèi)，把 甄別器輸出的標(biāo)準(zhǔn)脈沖累計和顯示。所述電腦及軟件11用來接收計數(shù)器的信號，顯示處理實驗的數(shù)據(jù)。
本實用新型一單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)是這樣實現(xiàn)的由光源1發(fā)出的光， 經(jīng)過半透半反鏡3分為兩束光，其中一束由功率指示表4接收，另一束經(jīng)
過另一束經(jīng)過減光片5和光鬧筒6，由光電倍增管7接收。光電倍增管7接 收到光子后，轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖信號，經(jīng)過放大器放大，再經(jīng)過甄別器9濾掉噪 聲，再經(jīng)過整形輸出，最后通過計數(shù)器10計數(shù)輸出，由電腦及軟件11采 集處理。
通過上述實施過程，就可以實現(xiàn)觀察不同入射光強光電倍增管7的輸 出波形分布；測量光電倍增管7輸出脈沖幅度分布的積分和微分曲線，確 定測量弱光時的最佳閾值(甄別)電平Vh;單光子計數(shù)；測量暗計數(shù)率Rd 和光子計數(shù)率Rp隨光電倍增管工作溫度變化關(guān)系；研究光計數(shù)率Rp和入 射光功率Pi的對應(yīng)關(guān)系；用計算信噪比SNR方法確定最佳閾值(甄別)電 平等實驗內(nèi)容。
權(quán)利要求1、一種單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，其特征是該系統(tǒng)包括有光源(1)、窄帶濾光片(2)、半透半反鏡(3)、功率指示表(4)、減光片(5)、光闌筒(6)、光電倍增管(7)、放大器(8)、甄別器(9)、計數(shù)器(10)、電腦及軟件(11)以及制冷系統(tǒng)(12)；其中光源(1)發(fā)出的光經(jīng)過窄帶濾光片(2)濾過，再經(jīng)過半透半反鏡(3)分成兩束，其中一束由功率指示表(4)接收，另一束經(jīng)過減光片(5)和光闌筒(6)，由光電倍增管(7)接收，光電倍增管(7)發(fā)出的脈沖信號經(jīng)放大器(8)放大，再經(jīng)過甄別器(9)祛除噪聲信號，整形后的信號經(jīng)計數(shù)器(10)計數(shù)，同時通過電腦及軟件(11)接收處理，同時光電倍增管(7)相連有降低工作溫度的制冷系統(tǒng)(12)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，其特征是所述光源 (1)為高亮度發(fā)光二極管，波長中心為500nm，半寬度為30nm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，其特征是所述窄帶 濾光片(2)的中心波長為500nm，半寬度為18nm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，其特征是在所述窄 帶濾光片(2)后方放置半透半反鏡，使光源經(jīng)過窄帶濾光片(2)將光分 為兩束， 一束進入功率指示表(4)， 一束進入光電倍增管(7)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，其特征是所述功率 指示表(4)和光電倍增管(7)設(shè)在光源(1)的同一側(cè)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，其特征是所述光闌 筒(6)放置在光電倍增管(7)的前方，來減小雜散光的影響和背景計數(shù)。
專利摘要本實用新型提供一種單光子計數(shù)實驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)是通過光源發(fā)出的光經(jīng)過窄帶濾光片濾過，再經(jīng)過半透半反鏡分成兩束，其中一束由功率指示表接收，另一束經(jīng)過減光片和光闌筒，由光電倍增管接收，光電倍增管發(fā)出的脈沖信號經(jīng)放大器放大，再經(jīng)過甄別器祛除噪聲信號，整形后的信號經(jīng)計數(shù)器計數(shù)，同時通過電腦及軟件接收處理，光電倍增管相連有降低工作溫度的制冷系統(tǒng)。有益效果是該結(jié)構(gòu)減小了儀器尺寸，提高了兩束光束的一致性，提高了儀器的準(zhǔn)確性；功率指示表和光電倍增管前置光路的半透半反鏡前完全相同，增加了一致性，提高了儀器的測量精度；光電被增管前放置光闌筒，減小了雜散光的影響和降低了背景計數(shù)。
文檔編號G09B23/00GK201229696SQ20082007544
公開日2009年4月29日 申請日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者李偉光, 李小明, 杜振貢, 高立模 申請人:天津港東科技發(fā)展股份有限公司