专利名称：单光子计数实验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种在科研院校使用的一种教学仪器，特别涉及一种 单光子计数实验系统。
背景技术：
光子计数也就是光电子计数，即当光流强度小于io—16w时，光的光子
流量可降到一毫秒内不到一个光子，因此该实验系统要完成的是对单个光 子进行检测，进而得出弱光的光流强度，这就是单光子计数。它是微弱光 信号探测中的一种新技术，在高分辨率的光谱测量、非破坏性物质分析、 高速现象检测、精密分析、大气测污、生物发光、放射探测、髙能物理、 天文测光、光时域反射、量子密钥分发系统等领域有着广泛的应用。单光 子计数实验系统，作为教学演示这种探测技术的实验系统，多采用光电倍 增管作为探测器。现有的单光子计数实验系统，功率指示表和光电倍增管 多在光源的两侧，仪器整体结构比较长，并且难以保证光源的光强空间分 布的均匀性，功率指示表和光电倍增管探测的为光源的不同方位，影响结
果的准确性；功率指示表多不加窄带滤光片，仅光电倍增管前加窄带滤光
片，两者光路不一致，影响测量结果。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足之处，提供一种新型的单光子计 数实验系统，以使功率指示表和光电倍增管探测光源相同方位的能量，并 使其前置光路尽量一致，提高系统测量的准确度重复性。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是提供一种单光子计数 实验系统，该系统包括有光源、窄带滤光片、半透半反镜、功率指示表、减光片、光阑筒、光电倍增管、放大器、甄别器、计数器、电脑及软件以 及制冷系；其中光源发出的光经过窄带滤光片滤过，再经过半透半反镜分 成两束，其中一束由功率指示表接收，另一束经过减光片和光阑筒，由光 电倍增管接收，光电倍增管发出的脉冲信号经放大器放大，再经过甄别器 祛除噪声信号，整形后的信号经计数器计数，同时通过电脑及软件接收处 理，其中光电倍增管相连有降低工作温度的制冷系统。
本实用新型的有益效果为该试验系统的功率指示表和光电倍增管在光
源同侧，减小了仪器尺寸；功率指示表和光电倍增管都通过窄带滤光片滤 光，提高了两束光束的一致性，提高了仪器的准确性；功率指示表和光电 倍增管前置光路完全相同，即从光源到半透半反镜的光路完全相同，增加 了一致性，提高了仪器的测量精度.；光电被增管前放置光阑筒，减小了杂 散光的影响和降低了背景计数。
图1为本实用新型的单光子计数器结构的示意图； 图2为本实用新型的实验系统的光路示意图。 图中
2、窄带滤光片 5、减光片 8、放大器 11、电脑及软件
3、半透半反镜 6、光阑筒 9、甄别器 12、制冷系统
1、光源 4、功率指示表
7、光电倍增管 10、计数器
具体实施方式
结合附图和实施例对本实用新型的单光子计数实验系统结构详述如下。
如图l、 2所示，本实用新型的单光子计数实验系统的结构它主要由光 源l，窄带滤光片2，半透半反镜3，功率指示表4，减光片5，光阑筒6，光电倍增管7，放大器8，甄别器9，计数器IO，电脑及软件ll，制冷系统
12组成。其中光源1发出的光经过窄带滤光片2滤过，经过半透半反镜3 分成两束，其中一束由功率指示表4接收，另一束经过减光片5和光阑筒6， 由光电倍增管7接收，光电倍增管发出的脉冲信号经放大器8放大，再经 过甄别器9祛除噪声信号，整形后的信号经计数器10计数，才通过电脑和 相应软件接收处理，其中制冷系统12和光电倍增管相连，来降低其工作时 的温度。
所述光源1为高亮度发光二极管，中心波长500nm，半宽度30nm。所 述窄带滤光片2中心波长为500nm，半宽度为18nm，其作用是提高光源的 单色性。所述半透半反镜3的作用是将光分为两束，其中一束进入功率指 示表，另一束进入光电倍增管。所述功率指示表4的作用是检测光的能量， 根据相关比例求出入射到光电倍增管7的能量。所述减光片5为一组衰减 片，其作用为减小进入光电倍增管7的光能量，使其以单个光子的形式进 入光电倍增管7，以适于光电倍增管7的检测。所述光阑筒6是在减光片5 和光电倍增管7之间，作用是减小杂散光的影响和降低背景计数。所述光 电倍增管7为CR125光电倍增管。光照射到光电倍增管7阴极上时，每个 光子有一定几率激发出光电子，在光电倍增管7内经过倍增，最终输出一 个脉冲峰。脉冲的频率与入射到光电倍增管7上的光子数成正比。
所述的制冷系统12是用来降低光电倍增管7的工作温度，降低光电倍 增管7的热噪声。进入功率指示表4和光电倍增管7的光都是经过窄带滤 光片3滤过的。
所述的放大器8是用来放大光电倍增管7的阳极回路输出的光电子脉 冲线性放大。所述的甄别器9是用来鉴别输出的光电子脉冲信号，祛除光 电倍增管的热噪声脉冲。所述的计数器IO是在规定的测量时间间隔内，把 甄别器输出的标准脉冲累计和显示。所述电脑及软件11用来接收计数器的信号，显示处理实验的数据。
本实用新型一单光子计数实验系统是这样实现的由光源1发出的光， 经过半透半反镜3分为两束光，其中一束由功率指示表4接收，另一束经
过另一束经过减光片5和光闹筒6，由光电倍增管7接收。光电倍增管7接 收到光子后，转变为脉冲信号，经过放大器放大，再经过甄别器9滤掉噪 声，再经过整形输出，最后通过计数器10计数输出，由电脑及软件11采 集处理。
通过上述实施过程，就可以实现观察不同入射光强光电倍增管7的输 出波形分布；测量光电倍增管7输出脉冲幅度分布的积分和微分曲线，确 定测量弱光时的最佳阈值(甄别)电平Vh;单光子计数；测量暗计数率Rd 和光子计数率Rp随光电倍增管工作温度变化关系；研究光计数率Rp和入 射光功率Pi的对应关系；用计算信噪比SNR方法确定最佳阈值(甄别)电 平等实验内容。
权利要求1、一种单光子计数实验系统，其特征是该系统包括有光源(1)、窄带滤光片(2)、半透半反镜(3)、功率指示表(4)、减光片(5)、光阑筒(6)、光电倍增管(7)、放大器(8)、甄别器(9)、计数器(10)、电脑及软件(11)以及制冷系统(12)；其中光源(1)发出的光经过窄带滤光片(2)滤过，再经过半透半反镜(3)分成两束，其中一束由功率指示表(4)接收，另一束经过减光片(5)和光阑筒(6)，由光电倍增管(7)接收，光电倍增管(7)发出的脉冲信号经放大器(8)放大，再经过甄别器(9)祛除噪声信号，整形后的信号经计数器(10)计数，同时通过电脑及软件(11)接收处理，同时光电倍增管(7)相连有降低工作温度的制冷系统(12)。
2、 根据权利要求1所述的单光子计数实验系统，其特征是所述光源 (1)为高亮度发光二极管，波长中心为500nm，半宽度为30nm。
3、 根据权利要求l所述的单光子计数实验系统，其特征是所述窄带 滤光片(2)的中心波长为500nm，半宽度为18nm。
4、 根据权利要求l所述的单光子计数实验系统，其特征是在所述窄 带滤光片(2)后方放置半透半反镜，使光源经过窄带滤光片(2)将光分 为两束， 一束进入功率指示表(4)， 一束进入光电倍增管(7)。
5、 根据权利要求1所述的单光子计数实验系统，其特征是所述功率 指示表(4)和光电倍增管(7)设在光源(1)的同一侧。
6、 根据权利要求l所述的单光子计数实验系统，其特征是所述光阑 筒(6)放置在光电倍增管(7)的前方，来减小杂散光的影响和背景计数。
专利摘要本实用新型提供一种单光子计数实验系统，该系统是通过光源发出的光经过窄带滤光片滤过，再经过半透半反镜分成两束，其中一束由功率指示表接收，另一束经过减光片和光阑筒，由光电倍增管接收，光电倍增管发出的脉冲信号经放大器放大，再经过甄别器祛除噪声信号，整形后的信号经计数器计数，同时通过电脑及软件接收处理，光电倍增管相连有降低工作温度的制冷系统。有益效果是该结构减小了仪器尺寸，提高了两束光束的一致性，提高了仪器的准确性；功率指示表和光电倍增管前置光路的半透半反镜前完全相同，增加了一致性，提高了仪器的测量精度；光电被增管前放置光阑筒，减小了杂散光的影响和降低了背景计数。
文档编号G09B23/00GK201229696SQ20082007544
公开日2009年4月29日 申请日期2008年7月24日 优先权日2008年7月24日
发明者李伟光, 李小明, 杜振贡, 高立模 申请人:天津港东科技发展股份有限公司