光子计数器的应用

光子计数探测器的应用

混合像素探测器，为您的实验室精心准备

PILATUS混合像素探测器的设计从理论到现实均达到最佳的数据质量X射线检测。他们带来了两项关键技术，单光子计数和混合像素技术相结合，同步到您的实验室。单光子计数消除所有探测器噪声，并提供卓越的数据。在收集数据时，读数无噪音和暗电流的消失特别具有优势：在实验室中的X射线光源比同步加速时要弱很多，需要更长的曝光时间，并导致较弱的信号。由于没有了暗电流和读数噪音， PILATUS探测器更加适合在实验室使用。混合像素技术可以直接检测X射线，与其他任何探测器技术相比实现了更清晰，更好地解决信号传输问题。加上读取时间短和连续采集的特点，PILATUS探测器可以高效提供优质数据。低功耗和冷却需求，给你一个无忧的、维护量极小探测器系统，。PILATUS探测器系列是专为您在实验室中的需求定制，并提供同步加速器的技术，有无与伦比的价值。利用PILATUS独特的功能，可以从你的最具挑战性的样品获得最佳的数据。

针对您的需求

PILATUS探测器成功推动和同步加速器光束线。PILATUS的独特功能在实验室和相关产业的优势也很明显。根据您在实验室的需求，现在PILATUS的产品阵容，辅以一系列的PILATUS探测器，。固定能量校准和简化的读数电子器件完美匹配了实验室相关要求而且PILATUS完全符合您的预算。混合像素技术和单光子计数，关键的技术，优质的数据和高效率，完全无障碍实施是PILATUS探测器的优势。越来越多的实验室和工业应用的仪器可配备或升级了PILATUS探测器。根据自己的设置或利益自由整合PILATUS，可以从一个现成的仪器变成一个PILATUS OEM合作伙伴

合作伙伴

PILATUS探测器是硅材料光子探测器合作：

-医疗设备配套

-JJ X射线

- 科学研究

- 材料探测

传感器层厚度[μm]

表1：在BESSY II PTB实验室测量的基础上PILATUS传感器的量子效率。

可定制，以符合您的要求

除了标准的320微米厚的硅传感器，你可以自定义您的PILATUS探测器450或1000微米厚的硅传感器相匹配的能量X射线源（见表1）。这实现了所有常见的实验室X 射线能量高量子效率。

水冷机型PILATUS 300K和300K-W提供了可选的真空兼容性。此定制使得操作检测器时，在真空中，如在飞行管SAXS工具。连续可调的能量阈值的选项可以抑制荧光信号。

- 直接单光子计数模式中的X射线检测

- 无读数噪声

- 无暗电流

- 优秀的点扩散函数

- 高动态范围

- 读出时间短

- 高帧速率

- 局部和全局的计数率

应用

- 生物大分子晶体（MX）

- 单晶衍射（SCD）

- X-射线衍射（XRD）

- 小广角散射（SAXS/广角）

- 表面衍射

- 漫散射

- 时间分辨实验

- 成像

- 无损检测

PILATUS200K

ILATUS200K功能的有效面积为84*70毫米，是用X射线应用广泛的理想检测设备。这是最紧凑的检测器，使您可以充分利用所有PILATUS功能。 SCD和XRD与PILATUS 的当地和全球的高计数率，远远优于基于气体放电或类似技术的计数探测器取得优异成绩。精巧的前部壳体和紧凑的尺寸能够检测在高的衍射角，使密闭空间有效地利用周围的样品。全风冷和低功率消耗，PILATUS200K是一个免服务和维修的探测器系统。

PILATUS 300K

PILATUS300K是在实验室中检测综合大分子分子晶体和SAXS完美的探测器。结合快门数据采集，传感器面积大，可以轻而易举的采集斑点的大单元的高分辨率衍射数据。出色的稳定性，可使用水冷式的检测器，即使是很长的曝光时间，也具有准确的精度，以确定和减去溶剂散射SAXS测量。此外，还可以利用可选的真空兼容的探测器。

PILATUS300K-W

PILATUS300K-W宽的矩形区域是非常适合WAXS2-D纹理分析和粉末衍射。超薄感受的主机，与允许定位的探测器直接光束非常接近，为您带来极致的探测器测量广角一个SAXS/ WAXS设置的信号。300K-W PILATUS还设有真空兼容性作为一个自定义选项。

在您的实验室切片精细

图1：精细φ-与PILATUS切片。每个数据集收集压痕旋转宽度和每幅

图像的曝光时间只有30分钟，在相同的角度为0.1°/ s的速度，在

图例中表示。获得出色的数据采集时间短。利用细片与无噪PILATUS

的数据收集，导致最佳的数据质量（胰岛素，180°旋转，

总额微焦点sealedtube，PILATUS300K）。

应用

实验室SAXS PILATUS

PILATUS探测器非常适合在内部SAXS仪器由于其高动态范围，没有读出噪声和暗电流，高灵敏度性和超强的稳定性。高Q-范围测量极其微弱的信号，需要很长的曝光时间。由于完全没有暗电流，PILATUS探测器擅长在长曝光时间，提供卓越的数据。另一个优势是使用PILATUS时，检测稳定性高，允许确定最好的精度，甚至很长的曝光时间减去溶剂散射。这种出色的稳定性混合像素技术简单，是非常稳定的水冷相结合的单光子计数结果。

PILATUS准确测量环的微弱信号的表现可圈可点，使您能够成功处理稀释了的样本。 SAXS与体积排阻色谱相结合，是一个功能强大的聚集或易降解系统，短暂的复合物，以及多个齐聚状态的方法来研究。一个无噪声PILATUS探测器，使这些稀释的样本，研究可行的实验室[2]。此外，高帧速率和较短的读出时间也允许精细的样本数据采集的过程蛋白质洗脱而采集时间最大化。精细采样数据收集的超过长期总曝光时间是常规小角X射线散射实验也非常有用的，因为它揭示了在数据采集过程中辐射损伤的有价值的信息。

实验室MX PILATUS

最佳的精度测量弱高分辨率反射确定地图的质量和最终的成功大分子晶体。弱反射该signal-to-noise比特别是改善由在PILATUS探测器和锋利的点扩散函数，从而降低了重叠的衍射强度与散射背景的情况下的检测器噪声。此外，细切片的策略可以用于通过沿旋转方向和背景重叠最小化减少光斑的重叠（图1），以进一步提高数据的质量。无噪音PILATUS探测器允许最优罚金切片[1]，而CCD或CMOS有源像素探测器需要妥协，因为读出或复位噪声。

实验逐步与功能在您的内部系统可以同步电子光束，光束稳定是至关重要的。这个优势最大化室内源匹配与PILATUS。一个高度稳定的室内源无噪声的影响与VITY探测器相结合，在S-SAD和其他实验方法逐步增加你的成功数据的准确性是至关重要的。

PILATUS探测器读出的时间只有7毫秒的完整图像，使快门数据采集连续旋转。这降低了总的采集时间，并最大限度地提高效率，一个关键的优势，在高通放的应用，如片段筛选。而且，连续旋转数据收集允许收集精细的切片数据集，具有相同的宽切片数据的采集时间。

技术

混合像素技术

混合像素探测器的X射线直接转换成电子信号。其他类型的X射线检测器依赖间歇性步骤捕获和X-射线转换。

例如CCD和CMOS有源像素探测器，，必须先将X射线转换成可见光。出信号的光散射，在荧光屏所需的转换

涂片劣化和空间分辨率。玻璃纤维光学芯片上的光，这将导致进一步的损失和失真的信号转导。这些CCD和

有源像素探测器固有的设计缺陷在混合像素探测器是不存在的。混合像素技术可以直接检测的X射线，这提

供了优越的空间分辨率和提高了探测效率。在一种混合的像素检测器的每一个像素是由两种组分的传感器像

素读出的像素（图2）。 X射线光子直接转换成电荷，在传感器像素，读出的像素的操作和计数该电信号。传

感器和读出像素有一个直接的，个人的电子连接，每一个混合像素并防止蔓延和信号损失。这使得每一个混如图2所示的固态传感器直接检测的X射线光子的原理由合的像素几乎独立的X射线探测器，并达到最低点的价差，最高的灵敏度和最终速度。

图3：在PILATUS混合的像素探测器的没有读出噪声和暗电流。

画像一个单一的PILATUS的模块，但不暴露在100毫秒或1小时的采集时间的X-射线源与。后100毫秒时，

所有像素具有零计数，在读出的图像的过程中，因为没有噪声被添加。 1小时后，大多数像素仍然没有暗

电流累积的零计数时间的长曝光期间，并没有在读出噪声被添加。所有在曝光的罪名从一般背景辐射产生，

占0.15分/小时/像素。

单光子计数

自由电荷被释放在传感器像素中通过X射线吸收。X射线信号通过单管子计数模式读出像素进行处理表现出了了比整合信号更多的优点。。在一个积分检测器中，在曝光期间积累的电荷。整个集成，暗电流的特性被添加到累积电荷。暗电流增加噪音和减少数据的质量。在单光子计数检测器，计数单个事件的X射线吸收所释放的电荷的信号是由读出的像素的电荷放大，如果信号超过一个可调节的阈值，吸收事件数字计算。这样一来，单光子计数的技术完全废除暗电流探测器噪声源，并实现卓越的数据。此外，单光子计数发生在飞行过程中的曝光，实现尽可能早的数字化和随后的快速的无噪音的数字读出。因此，读数噪音作为一个主要的整合探测器来源，完全没有出现在单光子计数探测器中。

特点

最佳信号噪声比

PILATUS混合像素探测器的暗电流和读出噪声（图3）本质上是没有暗电流和噪音的。探测器没有噪声能够确保得到一个良好的信号噪声比的数据。相比传统的探测器，这使得在相同曝光时间内获得更优质的数据或者采集到同样的数据需要更短的采集时间。，从衍射不佳的样品或在最高分辨率记录微弱信号时，无噪声检测器便显示出其最大的优势。

优异的点扩散函数

混合像素技术和直接转换到充电脉冲的X射线，PILATUS探测器传播的像素之间几乎没有强度。这使一个像素形成尖锐的点扩散函数（FWHM），并提供了各种各样的好处（图4）。间隔紧密的信号，甚至在很大程度上不同的强度，可以更加准确地解决和测量。更清晰的信号，减少了散射的重叠或其他实验固有的特点，从而改善了信号–噪声比。

高动态范围

计数器深度20位（约100万计数），结合探测器无噪声的特点，确保了前所未有的对比度和动态范围，另一个PILATUS标志是带来了优秀的图像和数据质量（图4）。极强和极弱的信号可以通过单一的成像就能够准确的检测到。

快速读出和快门操作

PILATUS探测器实验室仪器读出完整的图像，以闪电般的速度仅为7毫秒。这使得快门，连续采集的完整图像。

几乎瞬时读数连续数据采集最大化了工作效率和任意仪器的吞吐数据。

高局部和全局的计数率

PILATUS设有一个非常先进的ASIC技术实现单光子计数。这允许精确地检测到每一个像素中每秒一百万的光子。由于每一个像素是一个几乎独立的检测器，全局计数率和像素的数量形成规模。以这种方式，PILATUS探测器实现每秒和每平方厘米数十亿的光子的全局计数率。局部和全局的计数率的PILATUS探测器是远远优于那些基于气体放电或类似技术的计数探测器。

易于维护和操作

PILATUS探测器具有低功耗和冷却需求。所有检测器组件，在室温下操作，这大大简化了冷却。

PILATUS200K探测器是完全风冷和免维护。 PILATUS300K和300K-W采用低维护，闭路冷却水

的温度稳定在23℃。

图4：PILATUS混合探测器的优异的动态测量范围和点扩散函数

衍射图像的细节显示出胰岛素晶体的相同反射。这些图像被获取在一个同步加速光束线和相

同的技术参数除了探测器距离，根据探测器尺寸来调整以达到探测器边缘的相同的分辨率。

PILATUS：20位计数器深度混合像素探测器提供足够的动态范围记录727,716计数中像素最

高的强度。得益于优秀的点扩散函数斑点被局限在一个小的区域。此外，锐利的反射剖面的

低马赛克性晶体精确地表示加上一个超过一千倍的相邻像素之间的强度差异，CCD与CCD相

同的反射记录包含许多重载像素的反射强度足以抹掉更大的面积。

PILATUS探测器系列技术规格

200k 300 k 300k－w

单光子计数

鲁东大学物理与光电工程学院——近代物理实验（Ⅱ）学号 姓名 班级 日期 单光子计数实验系统 1.实验目的 （1）了解单光子计数器的结构和工作原理； （2）学习用单光子计数系统检验微弱光信号的方法； （3）研究鉴别电压对系统性能的影响，确定最佳鉴别电压（阈值）； （4）了解光子计数器的信噪比，测试光子计数器的最低暗计数率和最小可检测光计数率； 2.实验原理 2.1光子流量和光流强度 光具有波粒二像性，其粒子性特征物理量（能量E 和动量p ）与波动性特征物理量（频率ν和波长λ）的关系是 /;//E hv hc p h E c λλ==== （1） 式中h 是普朗克常量，c 是光速。 在弱光情况下，光的量子性特征明显，即光子。一束单色光可以看成是光子流，光子流量R （CPS ）定义为单位时间内通过某一截面的光子数(单位：秒-1，或Hz)，光流强度是单位时间内通过某一截面的光能量E ，用光功率P 表示。单色光的光功率P 等于光子流量R 乘以单光子能量(本实验所用单色光500nm ，光子能量E=4×10-19J)，即 P RE = （2） 测得入射光子流量R ，即可计算出相应的入射光功率P 。 表1光子流量R(CPS)和光功率P(W)之间的对应数值关系及检测方法 2.2单光子计数 在量子通讯、量子光学、生物化学发光分析等领域中，辐射光强度极其微弱，光子流量 为1~103，光电管的阴极受光照射产生光电子，经过多级倍增在阳极产生一系列分立的尖脉冲（光电子脉冲），再对脉冲进行放大、甄别后进行脉冲计数。脉冲的平均数量与光子流量成正比，在一定的时间内对光脉冲计数，便可检测到光子流量，这种测量光强的方法称为光子计数。实际的光电管中，入射光子是以一定概率（量子效率η）产生光电子，考虑到光电倍增管的量子效率η，可由脉冲计数率R p (CPS)换算出光子流量R /p R R η= (CPS) （3） 光子计数器主要由光源、光阑筒、光电倍增管、放大器、甄别器、计数器等组成，图1. 图1单光子计数器原理

计数器在实际生活中的应用

计数器在实际生活中的应用 华中科技大学文华学院10环境工程2班 100205021126 黄丹 【关键词】计数器生活应用发展 【内容摘要】计数器除了计数功能外，计数器产品还有一些附加功能,可以方便地用我们可以得到的计数器来构成任意进制的计数器。智能计数器是未来计数器发展的方向。 计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。 如果按照计数器中的触发器是否同时翻转分类，可将计数器分为同步计数器和异步计数器两种。如果按照计数过程中数字增减分类，又可将计数器分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器，随时钟信号不断增加的为加法计数器，不断减少的为减法计数器，可增可减的叫做可逆计数器。另外还有很多种分类方法。 计数器除了计数功能外，计数器产品还有一些附加功能，如异步复位、预置数（有同步预置数和异步预置数两种。前者受时钟脉冲控制，后者不受时钟脉冲控制）、保持（有保持进位和不保持进位两种）。虽然计数器产品一般只有二进制和十进制两种，有了这些附加功能，我们就可以方便地用我们可以得到的计数器来构成任意进制的计数器。 计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。很显然，3位数的计

用单光子计数器检测微弱光

项目四用单光子计数器检测微弱光 I、项目简介 光子计数也就是光电子计数，是微弱光（低于10－14W）信号探测中的一种新技术。它可以探测弱到光能量以单光子到达时的能量。目前已被广泛应用于喇曼散射探测、医学、生物学、物理学等许多领域里微弱光现象的研究。 [项目对象] 本项目可面向理、工、农、林各专业。 [项目目的] 1、介绍微弱光的检测技术，使学生了解SGD-1实验系统的构成原理； 2、了解单光子计数的基本原理、基本实验技术和弱光检测中的一些主要问题以及了解 微弱光的概率分布规律。 [项目任务] 使用SGD-1型单光子计数器实验系统检测微弱光，观察不同强度的光线入射时光电倍增管的输出波形分布并推算出相应的光功率。 [项目成果要求] 最后以项目论文形式给出结论（注：论文中需包含检测所得的图像）。

II、实验讲义 单光子计数也就是单光电子计数，是微弱光（低于10－14W）信号探测中的一种新技术。它可以探测弱到光能量以单光子到达时的能量。目前已被广泛应用于喇曼散射探测、医学、生物学、物理学等许多领域里微弱光现象的研究。单光子计数方法，是利用弱光照射下光电倍增管输出电流信号自然离散化的特征，采用了脉冲高度甄别技术和数字计数技术。与模拟检测技术相比有以下优点： 1、测量结果受光电倍增管的漂移、系统增益的变化及其它不稳定因素影响较小。 2、基本上消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增级的热发射噪声的影响，提高了 测量结果的信噪比。可望达到由光发射的统计涨落性质所限制的信噪比值。 3、有比较宽的线性动态范围。 4、光子计数输出是数字信号，适合与计算机接口作数字数据处理。 所以采用光子计数技术，可以把淹没在背景噪声中的微弱光信息提取出来。目前一般光子计数器的探测灵敏度优于10－17W，这是其它探测方法所不能比拟的。 一、项目任务 使用SGD-1型单光子计数器实验系统检测微弱光，观察不同强度的光线入射时光电倍增管的输出波形分布并推算出相应的光功率。 二、仪器介绍 本实验使用的是SGD-1型单光子计数器。 主要由光电倍增管、电源、放大系统、光源 组成，采用USB接口。 光信号输入器————————————— （内含光电倍增管） 单光子计数器电源 （内含放大系统、甄别器等）—————— USB接口—————————— 高压输入————————————————— Y轴输入————————————————

光子计数成像技术及其应用

光子计数成像技术及其应用* 赵勋杰 (信息产业部电子第五十三研究所锦州121000) 石万山 (海军驻六一三厂军事代表室沈阳110003) 文摘随着微光像增强技术和弱光成像器件的发展,光子计数成像技术近年来发展很快并日趋成熟,光子计数成像在军事、天文学、物理学、化学、生物学、量子电子学等领域得到了广泛应用。介绍了光子计数成像的原理、技术特点及其应用。 关键词光子计数成像像增强器CCD MaMa Abstract:Follow ing the development of the faint image intensification technique and the faint imagery device,photon count im agery technique is developed rapidly in the recent years,and w hich is g etting more mature.Photon count imagery has been applied entensively in the m ilitary,astronomy, physics,chem ical,biolgy,quantum electrical etc.fields.Introduced the principle of the photon count imagery,technique character and application. Keywords:Photon count imagery;Image intensification;CCD;MaMa 1引言 由于国防、科研等方面的需要,微弱光探测技术越来越受到人们的重视。利用微光像增强技术,可以实现照度很低时的观察。第一代、第二代微光仪器的最低工作照度可达星光级(10-3lx)的水平;采用GaAs光阴极的第三代微光仪器,可在阴云密布夜空下(10-4lx)工作;一代、二代和三代微光管的等效背景照度为2@10-7~5@ 10-7lx,相当于夜空天光的二等星照度。对于更低的照度情况下应用,这些夜视仪器就满足不了需要,如天文观察、弱光波前传感器、拉曼效应和冷光发光等极弱光现象的研究。军事上也很需要微弱光的探测,例如导弹预警(或告警),卫星侦察。在这些探测中,已不能把光学图像当作模拟量处理,而需要通过探测单个光子的成像位置,并在图像采集卡中进行积累和处理后才能获得完整的图像。这些应用需要促成了光子计数成像计数技术的诞生和发展。 *收稿日期:2002-05-10 各国先后研究了几种类型的具有光子探测能力的仪器。例如,70年代英国首先研制成功了将四级极联磁聚焦像增强器通过光学系统与光导摄像管电视摄像机偶合而成的早期光子成像系统[1]。80年代开发了采用微通道板像增强器的光子计数成像系统[2,3]。日本滨松公司在80年代也研制了由三级微通道板(M CP)像增强器作为光子计数器件和四象限光子位敏传感器组成的光子计数图像采集系统[4]。美国在80年代后期发展了一种新型的多阳极微通道阵列(MaM a)式光子计数成像系统[5,6]。90年代初期法国发展了一种利用高速数字处理器实时探测光子坐标的光子计数成像系统[7,8]。 2光子计数成像特点 光子计数成像的主要特点是高光子增益(106~ 107)、宽动态范围(106)、高输出亮度(E 400cd/m2)、响应速度快、小畸变和高空间分辨率。 各类光子计数成像系统的共同特点都是采用 1

单光子计数

单光子计数 摘要：单光子计数是测量弱光信号最灵敏和有效的实验手段，采用光电倍增管作为光子到电子的变换器，通过分辨单个光子在光电倍增管中激发出来的光电子脉冲，利用脉冲高度甄别技术和数字计数技术，把光信号从热噪声中以数字话的方式提取出来。 关键词：光电倍增管光电子脉冲 一、引言 通常在一些基本的科研领域，特别是某些前沿学科，诸如高分辨率光谱学、非线性光学、拉曼光谱学、表面物理学的研究方面，都会遇到极微弱的光信息(简称弱光）检测问题。所谓弱光是指光流强度比光电倍增管本身的热噪声(10-14W）还要低，以致用一般的直流检验方法已经很难从这种噪声中检测出信号。 与模拟检测技术相比，单光子计数技术有如下的优点： 1、消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增极的热发射噪声的影响，提高了测量的信噪比。 2、时间稳定性好。在单光子计数系统中，光电倍增管漂移、系统增益的变化，零点漂移和其他因素对计数影响不大。 3、可输出数字信号，能够直接输出给计算机进行分析处理。 4、有比较宽的探测灵敏度，目前一般的光子计数器探测灵敏度优于10-17W，这是其他探测方法达不到的。 二、实验原理 1、光子流量和光流强度 光是由光子组成的光子流，单个光子的能量ε与光波频率ν的关系是 （1） 式中c是真空中的光速，h是普朗克常数，λ是波长。 光子流量可用单位时间内通过的光子数R表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。单色光的光功率P与光子流量R的关系是 =（2） P Rε 如果光源发出的是波长为630nm的近单色光，可以计算出一个光子的能量ε为 ε = 3.13×10-19J 当光功率为P=10-16W时，这种近单色光的光子流量R为 R = 3.19×102s-1 当光流强度小于10-16W时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到一毫秒内不到一个光子。因此实验中要完成的将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。 2、测量弱光时光电倍增管的输出特性 当光子入射到光电倍增管的光阴极上时，光阴极吸收光子后将发射出一些光子，光阴极产生的光电子数与入射到阴极上的光子数之比成为量子效率。大多数材料的量子效率都在

光子计数技术

光子计数技术 光子计数技术，是检测极微弱光的有力手段，这一技术是通过分辨单个光子在检测器（光电倍增管）中激发出来的光电子脉冲，把光信号从热噪声中以数字化的方式提取出来。这种系统具有良好的长时间稳定性和很高的探测灵敏度。目前，光子技术系统广泛应用于科技领域中的极微弱光学现象的研究和某些工业部分中的分析测量工作，如在天文测光、大气测污、分子生物学、超高分辨率光谱学、非线性光学等现代科学技术领域中，都涉及极微弱光信息的检测问题。 现代光子计数技术的优点是： 1．有很高的信噪比。基本上消除了光电倍增管的高压直流漏电流和各倍增极的热电子发射形成的暗电流所造成的影响。可以区分强度有微小差别的信号，测量精度很高。 2．抗漂移性很好。在光子计数测量系统中，光电倍增管增益的变化、零点漂移和其他不稳定因素对计数影响不大，所以时间稳定性好。 3．有比较宽的线性动态范围，最大计数率可达106s-1. 4．测量数据以数字显示，并以数字信号形式直接输入计算机进行分析处理。 一．实验的目 1．学习光子计数技术的原理，掌握光子计数系统中主要仪器的基本操作。 2．掌握用光子计数系统检测微弱光信号的方法。了解弱光检测中的一些特殊问题。 二．实验原理 （一）光子流量和光流强度 光是由光子组成的光子流，光子是一种没有静止质量，但有能量（动量）的粒子。一个频率为（或波长为）的光子，其能量为 （2－8－1）式中普朗克常量， 光速（m／s）。以波长＝6.310m的氦—氖激光为例，一个光子的能量为： =(J) 一束单色光的功率等于光子流量乘以光子能量，即 （2－8－2） 光子的流量R（光子个数／S）为单位时间内通过某一截面的光子数，如果设法测出入射光子的流量R，就可以计算出相应的入射光功率P。 有了一个光子能量的概念，就对微弱光的量级有了明显的认识，例如，对于氦—氖激光器而言，1mW的光功率并不是弱光范畴，因为光功率P=1mW,则

光子计数器原理

光子计数器原理 现代光测量技术已步入极微弱发光分析时代。在诸如生物微弱发光分析、化学发光分析、发光免疫分析等领域中，辐射光强度极其微弱，要求对所辐射的光子数进行计数检测。对于一个具有一定光强的光源，若用光电倍增管接收它的光强，如果光源的输出功率及其微弱，相当于每秒钟光源在光电倍增管接收方向发射数百个光子的程度，那么，光电倍增管输出就呈现一系列分立的尖脉冲，脉冲的平均速率与光强成正比，在一定的时间内对光脉冲计数，便可检测到光子流的强度，这种测量光强的方法称为光子计数。 光子计数器是主要由光电倍增管、电源、放大系统、光源组成。 1．电倍增管的工作原理 光电倍增管是一个由光阴极、阳极和多个倍增极(亦称打拿极)构成的特殊电子管。它的前窗对工作在可见光区及近紫外区的用紫外玻璃：而在远紫外区则必须使用石英。 (1)光阴极：光阴极的作用是将光信号转变成电信号，当外来光子照射光阴极时，光阴极便可以产生光电子。产生电子的多少与照射光的波长及强度有关。当照射光的波长一定时，光阴极产生光电流的强度正比于照射光的强度，这是光电倍增管测定光强度的基础。各种不同的光电倍增管具有不同的光谱灵敏度。目前很少用单一元素制作光阴极，常用的有AgOCs、Cs3Sb、BiAgOCs、Na2KSb、K2CsSb等由多元素组成的光阴极材料。 (2)倍增极：倍增极也称打拿极，所用的材料与阴极相同。倍增极的作用实质上是放大电流，即在受到前一级发出的电子的打击后能放出更多的次级电子。普通光电倍增管中倍增极的数目，一般为11个，有的可达到20个。倍增极数目越大，倍增极间的电位降越大，PMT的放大作用越强。

(3)阳极：大部分由金属网做成，置于最后一级打拿级附近，其作用是接受最后一个倍增极发出的电子。但接受后，不象倍增极那样再射出电子，而是通导线以电流的形式输出。 光电倍增管的工作原理如图1所示，在光电倍增管的阴极和阳极间加一高电压，且阳极接地，阴极接在高压电源的负端。另外，在阳极和阴极之间串接一定数目的固定电阻，这样在每个倍增级上都产生一定的电位降(一般为50V到90V)，使阴极最负(图中假定为·400V)，每一倍增极-300V，顺次增高，至阳极时为 Jf0”V。当一束光线照射阴极时，假设产生一个光电子，这个光电子在电场的作用下，向第一倍增极射去。由于第一倍增极的电位比光阴极要正100V，所以电子在此期间会被加速。当其撞击第一倍增极时，会溅射出数目更多的二次电子(图中假定为2个)。依此类推，电子数目越来越多。目前，一般光电倍增管的电子数总增益G约为106，有的甚至高达108～101~，由于其放大作用很强，所以适用于微弱光信号的测量。这里 G=dN (1) 式中d是每一个入射光电子能打出的二次电子的平均数，叫做二次发射系数。此二次发射系数与倍增级材料及倍增极间的电位降有关，式中n为倍增极的数目。

SR400光子计数器

光子计数器－SR400 门控光子计数器（双通道） 双九位计数器 三个扫描鉴别器 200MHz计数率 5ns脉冲对分辨率 门控和连续计数方式 内置鉴别器 门和鉴别器输出 GPIB和RS—232接口 SR400 双通道门控光子计数器提供了一种简便、集成的计数方法，摒弃了老式计数系统的复杂操作及昂贵的价格。你不再需要将放大器、鉴别器、门发生器和计数器配在一起，SR400已经将这些模块组合到一个集成的、微处理控制的仪器中。使用SR400可以轻松地实现减小背景噪声、同步探测、光源补偿以及积存修正等复杂的测量。

计数器 SR400有两个独立通道，计数率可达200MHz。它提供了不同的计数模式：你可以设定固定的计数时间，直到达到一定的计数量；也可以设定固定的触发次数。它的每路计数通道都有各自的门发生器，最短5ns，最长达1s。门可以设定在与触发信号相关的固定位置、按测量寿命扫描或者恢复时变波形。 计数器的实际输入可通过鉴别器以NIM电平脉冲输出到前面板上进行观察。鉴别脉冲为0V－0.7V取负值。DISC输出对校准鉴别器域值或门定时非常有用。 信号输入和鉴别器 两路模拟信号输入（A和B）被截至到50Ω。可被接收的输入信号在正负300mV 之间并被±5V的直流电所保护。每路带直流电的信号输入到300MHz的放大器中，最小可探测到的脉冲为10mV。如果需要提高灵敏度则可以使用远程预放大器（如SR445A）。鉴别器为每路信号提供了－300mV到＋300mV，步长为0.2mV的可选域值。脉冲对的分辨率为5ns，任一极上的脉冲都可能被探测到。可对每个域值进行编程以实现在任意方向、可选步长下的扫描。这样可以得到脉冲高度分析输出，有利于选择光电倍增管的偏置和鉴别器的电平。 计数周期 在一次扫描中，SR400可编程实现1到2000次计数周期的循环。在程控扫描结束时，计数器可能停止也可能重新启动扫描。连续的计数周期被“停留时间”所分开，你可设定停留时间从2ms到60s。在这段时间里，计数停止，你可以传输数据或改变外部参数。停留输出为TTL信号，它在整个停留时间内保持高电平，以便于在试验中连接其它设备。 输出 前面板的显示可达109。可以分别显示每个计数器也可以显示A＋B或A－B。前面板的D/A输出给出了一个由技术模式决定的、与A，B，A－B或A＋B成比例的模拟信号。比例可为对数的或是线性的。 计算机接口 内置的RS-232接口GPIB接口便于控制设备和取回数据。当SR400扫描时，计数器A和B的计数值将被存储于一个2000点的内部缓冲器中。这个缓冲器可以进行点对点的传输，也可通过任一接口一次清空。

单光子计数

单光子计数 摘要：本文简单介绍了单光子计数的原理、单光子计数器的主要性能及其操作方法，并用单光子计数器检测了微弱光信号。 关键词：单光子；单光子计数器；微弱光信号 1.引言 通常在一些基本的科研领域，特别是某些前沿学科，诸如高分辨率光谱学、非线性光学、拉曼光谱学、表面物理学的研究方面，都会遇到极微弱的光信息（简称弱光）检测问题。所谓弱光是指光电流强度比光电倍增管本身的热噪声（10^-14W）还要低，以致用一般的直流检测方法已很难从这种噪声中检测出信号。 单光子计数是目前测量微弱光信号最灵敏和有效的实验手段，这种技术中，一般都采用光电倍增管作为光子到电子的变换器（近年来，也有用微通道板和雪崩光电二极管的），通过分辨单个光子在光电倍增管中激发出来的光电子脉冲，利用脉冲高度甄别技术和数字计数技术，把光信号从热噪声中以数字化的方式提取出来。与模拟检测技术相比，单光子计数技术有如下的优点： 1.消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增极的热发射噪声的影响，提高了测量的信噪比。 2.时间稳定性好。在单光子计数系统中，光电倍增管漂移、系统增益的变化，零点漂移和其他不稳定因素的计数影响不大。 3.可输出数字信号，能够直接输出给计算机进行分析处理。 4.有比较宽的线性动态范围，最大计数率可达10^6s^-1。 5.有很高的探测灵敏度，目前一般的光子计数器探测灵敏度优于10^-17W，这是其他探测方法达不到的。 2.实验目的 1.了解单光子计数工作原理。 2.了解单光子计数器的主要性能，掌握其基本操作方法。 3.了解用单光计数器系统结检测微弱光信号的方法。 3.实验原理 3.1光子流量和光流强度

光子探测器的应用及行业发展

光子计数探测器的应用 混合像素探测器，为您的实验室精心准备 PILATUS混合像素探测器的设计从理论到现实均达到最佳的数据质量X射线检测。他们带来了两项关键技术，单光子计数和混合像素技术相结合，同步到您的实验室。单光子计数消除所有探测器噪声，并提供卓越的数据。在收集数据时，读数无噪音和暗电流的消失特别具有优势：在实验室中的X射线光源比同步加速时要弱很多，需要更长的曝光时间，并导致较弱的信号。由于没有了暗电流和读数噪音， PILATUS探测器更加适合在实验室使用。混合像素技术可以直接检测X射线，与其他任何探测器技术相比实现了更清晰，更好地解决信号传输问题。加上读取时间短和连续采集的特点，PILATUS探测器可以高效提供优质数据。低功耗和冷却需求，给你一个无忧的、维护量极小探测器系统，。PILATUS探测器系列是专为您在实验室中的需求定制，并提供同步加速器的技术，有无与伦比的价值。利用PILATUS独特的功能，可以从你的最具挑战性的样品获得最佳的数据。 针对您的需求 PILATUS探测器成功推动和同步加速器光束线。PILATUS的独特功能在实验室和相关产业的优势也很明显。根据您在实验室的需求，现在PILATUS的产品阵容，辅以一系列的PILATUS探测器，。固定能量校准和简化的读数电子器件完美匹配了实验室相关要求而且PILATUS完全符合您的预算。混合像素技术和单光子计数，关键的技术，优质的数据和高效率，完全无障碍实施是PILATUS探测器的优势。越来越多的实验室和工业应用的仪器可配备或升级了PILATUS探测器。根据自己的设置或利益自由整合PILATUS，可以从一个现成的仪器变成一个PILATUS OEM合作伙伴

单光子计数

单光子计数 【摘要】本实验主要学习了以PMT 为探测器的光子计数技术的基本实验方法，测量出了以中心波长为500nm 的发光二极管作为光源时，系统最佳甄别电平为300mV ；在此甄别电平下研究了信噪比R SN 与测量时间t 和入射光光功率P 0的关系，得出了测量时间越大、入射光功率越小，信噪比越大的结论；最后研究了工作温度T 对暗计数率的影响，发现温度降低暗计数率减小至一定值后保持稳定的较小值，得出可以通过降温增大信噪比的结论。 【关键词】单光子计数，信噪比，甄别电平，暗计数率 一、引言 现代科学技术许多领域都会涉及微弱光信息的检测问题，微弱光信号是时间的上的比较分散的光子，因而由检测器（通常是光电倍增管，以下简称PMT ）输出的将是自然离散化的电信号。针对这一特点发展起来的单光子计数技术，采用脉冲放大、脉冲甄别和数字计数技术，大大提高了弱光探测的灵敏度，一般可以优于10-17，这是其他弱信号探测方法所不能比拟的。 光子计数计数有如下优点：第一，有很高的信噪比，基本消除了PMT 的高压直流漏电流和各倍增极的热点子的发射形成的暗电流所造成的影响，可以区分强度有微小差别的信号，测量精度很高；第二：抗漂移性很好，在光子计数测量系统中，PMT 增益的变化/零点漂移和其他不稳定因素影响不大，所以时间稳定性好;第三：有比较宽的线性动态范围，最大计数率可单位多达107/s 。 本实验学习以PMT 为探测器的光子计数技术基本实验方法并通过实验了解光子计数方法和弱光检测中的一些特殊问题，确定了弱光测量需要的最佳甄别电平，研究了信噪比R SN 与积分时间t 和入射光功率P 0和的关系，以及工作温度T 对暗计数率的影响。 二、实验原理 （一）物理原理 1、光子流量与光流强度 光是由光子组成的光子流，单个光子的能量是E p 与光波频率ν的关系是 p hc E h νλ == （1） 其中，光子流量R 表示单位时间内通过的光子数，光流强度P 是单位时间内通过的光能量即光功率，且有 p P RE =（2） 当光流强度小于16 10 W -时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可见到1ms 内不到一个光子，因此实 验中的要完成的将是对单个光子进行进检测，进而得出弱光的光流强度，这就是单光子计数。 2、PMT 输出的信号波形 PMT 是一种从紫外到近红外都有极高的灵敏度和超快时间响应的真空电子管类光探测器件，用于各种

单光子计数

单光子计数 物理学系刘录081120076 一、引言 通常在一些基本的科研领域，特别是某些前沿学科，诸如高分辨率光谱学、非线性光学、拉曼光谱学、表面物理学的研究方面，都会遇到极微弱的光信息(简称弱光）检测问题。所谓弱光是指光流强度比光电倍增管本身的热噪声(10-14W）还要低，以致用一般的直流检验方法已经很难从这种噪声中检测出信号。 单光子计数是目前测量弱光信号最灵敏和有效的实验手段，这种技术中，一般都采用光电倍增管作为光子到电子的变换器(近年来，也有微通道板和雪崩光电二极管），通过分辨率单个光子在光电倍增管中激发出来的光电子脉冲，利用脉冲高度甄别技术和数字计数技术，把光信号从热噪声中以数字话的方式提取出来。与模拟检测技术相比，单光子计数技术有如下的优点： 1.消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增极的热发射噪声的影响，提高了测量的 信噪比。 2.时间稳定性好。在单光子计数系统中，光电倍增管漂移、系统增益的变化，零点漂 移和其他因素对计数影响不大。 3.可输出数字信号，能够直接输出给计算机进行分析处理。 4.有比较宽的探测灵敏度，目前一般的光子计数器探测灵敏度优于10-17W，这是其他 探测方法达不到的。 二、实验目的 1.了解单光子计数工作原理。 2.了解单光子计数器的主要功能，掌握其基本操作方法。 3.了解用单光子计数系统检验微弱光信号的方法。 三、实验原理 1.光子流量和光流强度 光是有光子组成的光子流，单个光子的能量ε与光波频率ν的关系是 ε=hν=hc/λ (1） 式中c是真空中的光速，h是普朗克常数，λ是波长。 光子流量可用单位时间内通过的光子数R表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。单色光的光功率P与光子流量R的关系是： P=Rε (2） 如果光源发出的是波长为630nm的近单色光，可以计算出一个光子的能量ε为 Ε=3.13×10-19J 当光功率为10-16W时，这种近单色光的光子流量为 R=3.19×102s-1 当光流强度小于10-16W时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到一毫秒内不到一个，

光子计数器

光子计数器的基本原理 及其应用研究 2011/6/20 分析了单光子计数器的基本原理，主要组成部件。重点介绍了光电倍增管，放大器，甄别器，计数器等各部件在微光信号检测中的功能。及光子计数器的应用。

光子计数器的基本原理及其应用研究 摘要： 分析了单光子计数器的基本原理，主要组成部件。重点介绍了光电倍增管，放大器，甄别器，计数器等各部件在微光信号检测中的功能。介绍了光子计数器的主要误差来源。总结出光子计数器的优点从而介绍其在科学技术总的广泛应用，侧重的说明了光子计数技术在激光脉冲探测中的应用还有光子图像的探测技术。关键词： 光子计数；光电倍增管；激光脉冲探测；光子图像 一、引言 随着近代科学技术的发展，人们对极微弱光的信息检测产生越来越浓厚的兴趣。单光子探测技术再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，高能物理，天文测光，光时域反射，量子密钥分发系统等领域有着广泛应用。它已经成为各个发达国家光电子学界研究的课题之一。 所谓弱光，是指光电流强度比光电倍增管本身在室温下的热噪声水平（10-14W）还要低的光。因此，用通常的直流测量方法，已不能把淹没在噪声中的信号提取出来。近年来，由于锁定放大器在信号频带很宽或噪声与信号有同样频谱时就无能为力了，而且它还受模拟积分电路飘移的影响，因此锁定放大器在弱光测量受到一定的限制。 现代光子计数技术的优点是：有很高的信噪比。基本上消除了光电倍增管的高压直流漏电流和各倍增极的热电子发射形成的暗电流所造成的影响。可以区分强度有微小差别的信号，测量精度很高。抗漂移性很好。在光子计数测量系统中，光电倍增管增益的变化、零点漂移和其他不稳定因素对计数影响不大，所以时间稳定性好。有比较宽的线性动态范围，最大计数率可达测106s-1。量数据以数字显示，并以数字信号形式直接输入计算机进行分析处理。 基本原理 1、光子的量子特性 光是由光子组成的光子流，光子是静止质量为零，有一定能量的粒子。一个光子的能量可用下式确定 0hc E hνλ == 式中=3.0×108m/s是真空中的光速，h=6.6×10-34J.S是普朗克常数。光流强度常用光功率表示，单位为W。单色光的光功率可用下式表示 p R E =? 式中R为单位时间通过某一截面的光子数。即只要测得R，就可得到。 2、光子计数器原理 光子计数器主要由光电倍增管、放大器、甄别器和计数器组成。

光子计数器的特点

光子计数器的特点 混合像素探测器，为您的实验室精心准备 PILATUS混合像素探测器的设计从理论到现实均达到最佳的数据质量X射线检测。他们带来了两项关键技术，单光子计数和混合像素技术相结合，同步到您的实验室。单光子计数消除所有探测器噪声，并提供卓越的数据。在收集数据时，读数无噪音和暗电流的消失特别具有优势：在实验室中的X射线光源比同步加速时要弱很多，需要更长的曝光时间，并导致较弱的信号。由于没有了暗电流和读数噪音， PILATUS探测器更加适合在实验室使用。混合像素技术可以直接检测X射线，与其他任何探测器技术相比实现了更清晰，更好地解决信号传输问题。加上读取时间短和连续采集的特点，PILATUS探测器可以高效提供优质数据。低功耗和冷却需求，给你一个无忧的、维护量极小探测器系统，。PILATUS探测器系列是专为您在实验室中的需求定制，并提供同步加速器的技术，有无与伦比的价值。利用PILATUS独特的功能，可以从你的最具挑战性的样品获得最佳的数据。 针对您的需求 PILATUS探测器成功推动和同步加速器光束线。PILATUS的独特功能在实验室和相关产业的优势也很明显。根据您在实验室的需求，现在PILATUS的产品阵容，辅以一系列的PILATUS探测器，。固定能量校准和简化的读数电子器件完美匹配了实验室相关要求而且PILATUS完全符合您的预算。混合像素技术和单光子计数，关键的技术，优质的数据和高效率，完全无障碍实施是PILATUS探测器的优势。越来越多的实验室和工业应用的仪器可配备或升级了PILATUS探测器。根据自己的设置或利益自由整合PILATUS，可以从一个现成的仪器变成一个PILATUS OEM合作伙伴

近红外单光子计数器的应用

近红外单光子计数器的应用 随着以单个光子作为信息载体的量子通信和量子加密技术的兴起,近红外单光子探测技术受到了广泛关注.近红外单光子探测系统具有极高的灵敏度,所以它还可以胜任探测其它近红外波段微弱光信号的任务. 以下具体讨论几个近红外单光子计数器的实际应用： 单光子计数器在量子密钥分配（QKD）系统的应用 量子密钥分配是保障光通讯网络安全，不可破解的加密方案。不同于传统的基于算法的加密方法，量子密钥分配利用量子力学的物理属性作为传输密钥，保障通信的绝对安全。信息加密利用在原始信号中混入带有噪声的随机信号，将其作为加密解密信号的数字钥。信息在光纤中传输，用作加密密匙的光信号是衰减到最低能量的单个光子。密匙由一连串随机的代表0或者1的单个光子组成，0和1分别用光子的两个状态来区分。光子状态的选择是的他们在背景噪声中不易被识别。一旦有窃密者侵入，光子的状态会发生改变，在接收端就会探测到量子误码率的错误。这样，第三方就不可能窃取密匙因为对于光子的测量会引入可检测到的异常。 在整个量子密钥分配系统中最关键的部分就是高灵敏度的单光子计数器，它用作接收密匙防范“黑客”的入侵。 法国AUREA公司的SPA_A_M1单光子计数器针对量子加密应用特别设计。采用SPD_A_M1单光子计数器，对于通信有保密要求的政府机构，金融机构，数据中心或者公司，可以实现超过100公里的最高级别的加密通信网络。 时间相关单光子计数在生命科学，药品分析和纳米技术的应用 时间相关单光子计数用作分析分子从激发态到较低能级状态的状态。样本用脉冲激光激发，最终的发射状态用高灵敏度的探测器记录。在时间相关单光子计数中，可以用一个或者两个光子探测器记录分子或者样本的特性： 如果只用一个光子探测器，时间幅度转换器（TAC）和激光脉冲发射器同步。时间幅度转换

最新3、单光子计数实验讲义汇总

3、单光子计数实验讲 义

单光子计数实验讲义（以课本为主） 一 实验目的 1. 掌握使用光子技术的方法对微弱信号进行检测及实验的操作过程; 2. 了解光子计数方法的基本原理光电倍增管（PMT ）的工作原理。 二 实验仪器 光源，PMT ，制冷器，外光路,计算机。 三 实验原理 在弱光信号检测中，当光强微弱到一定程度时，光的量子特征开始突出起来。例如：He-Ne 激光光源，其每个光子的能量为3.19 10-19焦耳。当光功率小于10-11瓦时，相当光子的发射率为108光子数/秒，即光子的发射周期约为10-8秒，刚好是PMT 输出脉冲可分辨的极限宽度（即PMT 响应时间）。这样，PMT 的输出呈现出脉冲序列的特点，可测得一个个不重叠的光子 能量脉冲。光 子计数器就是 利用光信号脉 冲和噪声脉冲 之间的差异，如幅度上的差异，通过一定的鉴别手段进行工作，从而达到提高信噪比的目的。单光子试验框图入图1所示。 （一）基本原理 单光子计数法利用在弱光下光电倍增管 输出信号自然离散化的特点，采用精密的脉 冲幅度甄别技术和数字计数技术，可把淹没 在背景噪声中的弱光信号提取出来。当弱光 图1 单光子实验框

照射到光电子阴极时，每个入射光子以一定的概率（即量子效率）使光阴极发射一个电子。这个光电子经倍增系统的倍增最后在阳极回路中形成一个电流脉冲，通过负载电阻形成一个电压脉冲，这个脉冲称为单光子脉冲。如图1所示，横坐标表示PMT输出的噪声与单光子的幅度电平（能量），纵坐标表示其幅度电平的分布概律。可见，光电子脉冲与噪声分布位置不同。由于信号脉冲增益相近，其幅度相当好的集中在一个特定的范围内，光阴机反射的电子形成的脉冲幅度较大，而噪声脉冲则比较分散，它在阳极上形成的脉冲幅度较低，因而出现了“单光电子峰”。用脉冲幅度鉴别器把幅度低于的脉冲抑制掉，只让幅度高于的脉冲通过就实现了单光子计数。 放大器的功能是把光电子脉冲和噪声脉冲线性放大，应友谊顶的增益，上升时间≤3ns，这就要求放大大器的通频带宽达到100MHz，并且有较宽的线性动态范围和较低的热噪声，经过放大后的信号要便于脉冲幅度鉴别器的鉴别。 脉冲幅度甄别器的主要任务就是剔除噪声脉冲，把淹没在噪声信号中的光子信号筛选出来，以达到真正的光子计数的目的。在脉冲幅度甄别器里设置有一个连续可调的比较电压Vh。只有高于Vh的脉冲，才能通过甄别器得到输出。如果把甄别电平选在图2的谷点对应的脉冲高度上，就能去掉大部分噪声脉冲而只有光电子脉冲通过，从而提高信噪比。以上为一般模式（积分模式）下甄别器工作原理，图3—a为放大后信号脉冲，图3—b为甄别后输出脉冲。 图3—a 图3—b

光子计数探测器

PILATUS光子计数探测器 混合像素探测器，为您的实验室精心准备 PILATUS混合像素探测器的设计从理论到现实均达到最佳的数据质量X射线检测。他们带来了两项关键技术，单光子计数和混合像素技术相结合，同步到您的实验室。单光子计数消除所有探测器噪声，并提供卓越的数据。在收集数据时，读数无噪音和暗电流的消失特别具有优势：在实验室中的X射线光源比同步加速时要弱很多，需要更长的曝光时间，并导致较弱的信号。由于没有了暗电流和读数噪音， PILATUS探测器更加适合在实验室使用。混合像素技术可以直接检测X射线，与其他任何探测器技术相比实现了更清晰，更好地解决信号传输问题。加上读取时间短和连续采集的特点，PILATUS探测器可以高效提供优质数据。低功耗和冷却需求，给你一个无忧的、维护量极小探测器系统，。PILATUS探测器系列是专为您在实验室中的需求定制，并提供同步加速器的技术，有无与伦比的价值。利用PILATUS独特的功能，可以从你的最具挑战性的样品获得最佳的数据。 针对您的需求 PILATUS探测器成功推动和同步加速器光束线。PILATUS的独特功能在实验室和相关产业的优势也很明显。根据您在实验室的需求，现在PILATUS的产品阵容，辅以一系列的PILATUS探测器，。固定能量校准和简化的读数电子器件完美匹配了实验室相关要求而且PILATUS完全符合您的预算。混合像素技术和单光子计数，关键的技术，优质的数据和高效率，完全无障碍实施是PILATUS探测器的优势。越来越多的实验室和工业应用的仪器可配备或升级了PILATUS探测器。根据自己的设置或利益自由整合PILATUS，可以从一个现成的仪器变成一个PILATUS OEM合作伙伴

单光子计数

单光子计数 物理学院焦方宝131120060 1.实验目的 1.1.了解单光子计数工作原理。 1.2.了解单光子计数器的主要性能，掌握其基本操作方法。 1.3.了解用单光计数器系统结检测微弱光信号的方法。 2.实验仪器 2.1.实验系统 单光子计数实验系统由单光子计数器、外光路、制冷系统和电脑控制软件等组成，示意图如图3-1所示。 图3-1 单光子计数实验系统 2.2.光子计数器 光子计数器的组成如图3-2所示。以下分别叙述各部分功能。 图3-2 典型的光子计数系统 2.2.1.光电倍增管 光电倍增管性能的好坏直接关系到光子计数器能否正常工作。对光子计数器中所用的光电倍增管的主要要求有：光谱响应适合于所用的工作波段；暗电流要小（它决定管子的探测灵敏度）；响应速度快、后续脉冲效应小及光阴极稳定性高。为了提高弱光测量的信噪比，在管子选定之后，还要采取一些措施： 1)屏蔽电磁噪声：电磁噪声对光子计数是非常严重的干扰，因此，作光子计数用的光电倍增

管都要加以屏蔽，最好是在金属外套内衬以坡莫合金。 2)光电倍增管的供电部分减小噪声：通常的光电技术中，光电倍增管采用负高压供电，如图 3-7所示,即光阴极对地接负高压，外套接地。阳极输出端可直接接到放大器的输入端。此时，光阴极及各倍增极（特别是第一、第二倍增极）与外套之间存在电位差，漏电流能使玻璃管壁产生荧光，阴极也可能发生场致辐射，造成虚假计数，这对光子计数来讲是相当大的噪声。为了防止这种噪声的发生，可以在管壁与外套之间放置一金属屏蔽层，金属屏蔽层通过一个电阻接到光阴极上，使光阴极与屏蔽层等电位；另一种方法是改为正高压供电，即阳极接正高压，阴极和外套接地，但输出端需要加一个隔直流、耐高压、低噪声的电容，具体接法如图3-3所示。 图3-3 光电倍增管的正高压供电及阳极电路 3)驱除热噪声：为获得较高的稳定性，降低暗计数率，本系统配有降低光电倍增管工作温度 。 的致冷装置，并选用具有小面积光阴极的光电倍增管，阴极有效尺寸是=25mm 2.2.2.放大器 放大器的功能是把光电倍增管阳极回路输出的光电子脉冲和其它的噪声脉冲线性放大，因而放大器的设计本着有利于光电子脉冲的形成和传输。对放大器的主要要求有：有一定的增益；上升时间t r≤3ns，即放大器的通频带宽达100MHz；有较宽的线性动态范围及噪声系数要低。 图3-4中放大器的输出脉冲放大器的增益可按如下数据估算：光电倍增管阳极回路输出的单光电子脉冲的高度为V a，单个光电子的电量e=1.6×10-19C，光电倍增管的增益G=106，光电倍增管输出的光电子脉冲宽度t w＝10－20ns量级。按10ns脉冲计算，阳极电流脉冲幅度 I a≈1.6×10-5A=16μA 设阳极负载电阻R L＝50Ω，分布电容C=20PF 则输出脉冲电压波形不会畸变，其峰值为： V a＝I a R L≈8.0×10－4V=0.8mV 当然，实际上由于各倍增极的倍增系数遵从泊松分布的统计规律，输出脉冲的高度也遵从泊松分布。上述计算值只是一个光子引起的平均脉冲峰值的期望值一般的脉冲高度甄别器的甄别电平在几十毫伏到几伏内连续可调，所以要求放大器的增益大于100倍即可。 图3-4 放大器的输出脉冲

[南京大学08级近代物理实验二(大四上学期)]单光子计数v1.1

单光子计数 1.实验目的 1.1.了解单光子计数工作原理。 1.2.了解单光子计数器的主要性能，掌握其基本操作方法。 1.3.了解用单光计数器系统结检测微弱光信号的方法。 2.实验仪器 2.1.实验系统 单光子计数实验系统由单光子计数器、外光路、制冷系统和电脑控制软件等组成，示意图如图3-1所示。 图3-1 单光子计数实验系统 2.2.光子计数器 光子计数器的组成如图3-2所示。以下分别叙述各部分功能。 图3-2 典型的光子计数系统 2.2.1.光电倍增管 光电倍增管性能的好坏直接关系到光子计数器能否正常工作。对光子计数器中所用的光电倍增管的主要要求有：光谱响应适合于所用的工作波段；暗电流要小（它决定管子的探测灵敏度）；响应速度快、后续脉冲效应小及光阴极稳定性高。为了提高弱光测量的信噪比，在管子选定之后，还要采取一些措施： 1)屏蔽电磁噪声：电磁噪声对光子计数是非常严重的干扰，因此，作光子计数用的光电倍增

管都要加以屏蔽，最好是在金属外套内衬以坡莫合金。 2)光电倍增管的供电部分减小噪声：通常的光电技术中，光电倍增管采用负高压供电，如图 3-7所示,即光阴极对地接负高压，外套接地。阳极输出端可直接接到放大器的输入端。此时，光阴极及各倍增极（特别是第一、第二倍增极）与外套之间存在电位差，漏电流能使玻璃管壁产生荧光，阴极也可能发生场致辐射，造成虚假计数，这对光子计数来讲是相当大的噪声。为了防止这种噪声的发生，可以在管壁与外套之间放置一金属屏蔽层，金属屏蔽层通过一个电阻接到光阴极上，使光阴极与屏蔽层等电位；另一种方法是改为正高压供电，即阳极接正高压，阴极和外套接地，但输出端需要加一个隔直流、耐高压、低噪声的电容，具体接法如图3-3所示。 图3-3 光电倍增管的正高压供电及阳极电路 3)驱除热噪声：为获得较高的稳定性，降低暗计数率，本系统配有降低光电倍增管工作温度 。 的致冷装置，并选用具有小面积光阴极的光电倍增管，阴极有效尺寸是=25mm 2.2.2.放大器 放大器的功能是把光电倍增管阳极回路输出的光电子脉冲和其它的噪声脉冲线性放大，因而放大器的设计本着有利于光电子脉冲的形成和传输。对放大器的主要要求有：有一定的增益；上升时间t r≤3ns，即放大器的通频带宽达100MHz；有较宽的线性动态范围及噪声系数要低。 图3-4中放大器的输出脉冲放大器的增益可按如下数据估算：光电倍增管阳极回路输出的单光电子脉冲的高度为V a，单个光电子的电量e=1.6×10-19C，光电倍增管的增益G=106，光电倍增管输出的光电子脉冲宽度t w＝10－20ns量级。按10ns脉冲计算，阳极电流脉冲幅度 I a≈1.6×10-5A=16μA 设阳极负载电阻R L＝50Ω，分布电容C=20PF 则输出脉冲电压波形不会畸变，其峰值为： V a＝I a R L≈8.0×10－4V=0.8mV 当然，实际上由于各倍增极的倍增系数遵从泊松分布的统计规律，输出脉冲的高度也遵从泊松分布。上述计算值只是一个光子引起的平均脉冲峰值的期望值一般的脉冲高度甄别器的甄别电平在几十毫伏到几伏内连续可调，所以要求放大器的增益大于100倍即可。 图3-4 放大器的输出脉冲