[实用新型]单光子计数实验系统

说明书

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10^-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、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。

附图说明

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：

1、光源          2、窄带滤光片   3、半透半反镜

4、功率指示表    5、减光片       6、光阑筒

7、光电倍增管    8、放大器       9、甄别器

10、计数器       11、电脑及软件  12、制冷系统

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1、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，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。