[实用新型]基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置

说明书

技术领域

本实用新型属于微弱光探测计数装置技术领域，具体涉及一种基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置。

背景技术

在现有光子数分辨与计数系统中，用来探测光子的器件主要是光电倍增管PMT和超导光子探测器，PMT具有很高的灵敏度和暗计数，能够响应单个光子，但是PMT存在体积较大、难以集成、对磁场敏感、成本高、易损坏、易曝光及光子数分辩能力不好的缺点；另一方面，利用PMT作为光子探测器，在工作时，其倍增打拿极的增益具有较大的统计涨落，使得输出的脉冲幅度也具有很大的不确定性，使得PMT几乎无法分辨每个光脉冲中的光子个数。

而对于超导光子探测器，则有较好的光子数分辨能力和探测效率。然而，其通常要工作在液氮的沸点甚至更低的温度下。使用这种探测器，需要配备低温制冷设备，使得装置复杂，不易操作，成本昂贵，并且有一定的危险性。

近年来，一种在常温下就具有光子数分辨能力的单光子探测器-多像素光子计数器（Multi-Pixel Photon Counters，MPPC）得到较快发展。它由数百至数万个直径为几到几十微米的雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）单元阵列集成在同一个单晶硅片上构成，每个APD单元串联着数百千欧的电阻，用于及时淬灭雪崩击穿产生的大电流，所有APD单元共用一个取信号电极，并且工作在盖革模式下。在这种模式下，APD单元的偏置电压高于击穿电压若干伏，当某一个APD单元接收到一个光子时，所产生的光生载流子将有一定概率触发雪崩击穿，雪崩击穿后的光电转换增益可达10⁵～10⁷。由于每一个APD单元具有完全相同的结构和淬灭电阻，在发生雪崩时，雪崩放电的增益，即输出信号的幅度均相同。当光强较弱时，MPPC总的输出信号幅度正比与同时发生雪崩击穿的APD单元的数目，可在示波器上看到雪崩脉冲有清晰的倍数层次关系，由于这种器件可像光电倍增管一样进行单光子探测，所以也被称作硅光电倍增器（Silicon Photomultiplier，SiPM）。

MPPC具有比光电倍增管好得多的光子数分辨能力、无需工作在低温下、结实耐用、不易曝光、体积小、易于集成、工作电压低、不受磁场干扰、可靠性好、成本低廉，在高能物理、天体物理、核医学成像及生命科学等很多弱光信号的检测领域已经成为PMT的替代品，并有望全面取代PMT。利用MPPC作为光子数分辨系统的光子探测器有好的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置，能绘制出脉冲高度分布谱进行光子数分辨，还能根据脉冲高度分布谱与脉冲计数换算出入射光子数。

本实用新型所采用的技术方案是，基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置，包括有多像素光子计数器，多像素光子计数器通过同轴电缆依次与电荷灵敏前置放大器、主放大器连接，电荷灵敏前置放大器通过同轴电缆连接有电压源，主放大器通过同轴电缆分别连接有示波器和模拟数字转换器，多像素光子计数器通过光纤依次与光衰减器、短脉冲光源发射装置、门和延迟产生器、模拟数字转换器连接，模拟数字转换器通过同轴电缆与微型计算机连接。

本实用新型的特点还在于，

多像素光子计数器的型号为S10362-11-025U。

电压源为高电压低纹波稳压电源，型号为Model3002。

光衰减器为标准FC可调式光纤法兰盘；光纤为FC/PC多模光纤。

示波器的型号为TDS1012。

电荷灵敏前置放大器的型号为142A。

主放大器的型号为673。

模拟数字转换器的型号为Multiport II。

短脉冲光源装置为PDL-800D半导体皮秒激光器。

门和延迟产生器型号为416A。

本实用新型的有益效果在于：

1）本实用新型的基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置中采用了多像素光子计数器，具有光子数分辨能力强、无需低温制冷，在常温下即可分辨光子数、操作安全、结实耐用、体积小、易于集成、工作电压低、不受磁场干扰、可靠性好、成本低廉的优点；

2）本实用新型的基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置可直接绘制出脉冲高度分布谱进行光子数分辨，还能根据脉冲高度分布谱与脉冲计数换算出入射光子数，测量速度快，使用起来非常方便；

3）本实用新型的基于多像素光子计数器的光子数分辨与计数装置适用范围广，尤其适用于需要准确得知脉冲光子数的场合。

附图说明