單光子計數系統及其噪聲分析

摘要： 單光子計數系統利用微弱光照射下光子探測器輸出電信號自然離散的特點，采用脈沖甄別技術和數字計數技術把極其弱的信號識別并提取出來。為了深入地討論和分析單光子計數系統，在此分析了單光子計數系統中采用脈沖幅度甄別器和光子計數器測量光子數的工作原理，討論了可能影響實驗測量精度及產生誤差的原因，運用Matlab軟件擬合實驗數據曲線。從而加深了對光子數分布的理解，掌握了光子計數基本原理。

關鍵詞： 單光子計數系統； 信噪比； 噪聲； 弱光信號

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0167?04

光子計數技術是檢測微弱光信號的一種技術。目前，單光子計數系統在環保檢測、生物醫學、放射探測、激光測量、化學分析等領域有著廣泛的應用。當光功率低于10-14 W，激發出來的光信號將會是離散的光子脈沖。若僅僅用一般的光電探測器幾乎無法實現將微弱的光信號探測出來并進行量化處理。此時，用一般的直流測量法，已不能把淹沒在噪聲里的有用信號有效地提取出來。為了實現精確的檢測、提高信號抗干擾能力，需要有從噪聲中提取、恢復和增強被測信號的技術[1]。本文用的單光子計數系統可以把淹沒在噪聲里的微弱光信號提取出來，檢測光源（發光二極管）的光子分布。

2 單光子計數系統原理、計數性質

3 單光子計數系統的構成

3.1 光電倍增管PMT

PMT由光陰極、聚焦極、倍增極和陽極構成。性能優良的PMT，光譜響應特性好，時間響應快，光陰極的穩定性好，工作波段內的量子效率高，暗計數低[3]。……