模擬法和光子計數(shù)法

根據(jù)入射到光電倍增管的光強(qiáng)度和輸出處理回路帶寬的處理方法，可以分為模擬法和光子計數(shù)法。

當(dāng)我們改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，用示波器觀察光電倍增管輸出信號時（圖1），可看到在強(qiáng)光范圍內(nèi)，因光電倍增管輸出信號脈沖間隔狹窄而相互重合成為模擬波形（圖1-(a)(b)）。但是，光減弱時，交流成分(起伏)的比例增大，最后成為各個離散的脈沖狀態(tài)（圖1-(c)）。將這種脈沖式的離散信號，以二進(jìn)制的形式進(jìn)行數(shù)字計數(shù)的方法通常叫做光子計數(shù)法。

在模擬測試中是以含有圖1-(a)的交流成分的平均值作為信號，而在光子計數(shù)法里，是以圖1-(c)的各脈沖數(shù)作為信號。后者可由脈沖高度甄別器將其和噪聲脈沖分離，穩(wěn)定性好，與模擬法相比優(yōu)點(diǎn)是信噪比好，特別是在微弱光領(lǐng)域有非常好的效果。

光子計數(shù)探測器原理及組成

光子計數(shù)探測器是集成了光電倍增管、高壓電源、分壓電路、光子計數(shù)電路的模塊。圖2是光子計數(shù)探測器的組成及原理框圖。從光電倍增管輸出的電流脈沖經(jīng)放大器放大后，比較器甄別出一定閾值以上的脈沖，用脈沖整形器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號輸出，后續(xù)可直接由計數(shù)器進(jìn)行脈沖計數(shù)。光子計數(shù)探測器中的光電倍增管工作電壓已被設(shè)置為最佳狀態(tài)，所以只要從外部輸入低壓就能工作。

性能特性

1、計數(shù)靈敏度

計數(shù)靈敏度表示的是當(dāng)某特定波長的光入射時，對應(yīng)某一光強(qiáng)（pW），光子計數(shù)探測器輸出的計數(shù)率值。計數(shù)靈敏度與量子效率和收集效率直接有關(guān)。

2、計數(shù)線性度

當(dāng)光子周期性入射，且周期在光子計數(shù)探測器分辨時間內(nèi)的情況下，理論上能測得的最大光子數(shù)為脈沖對分辨率的倒數(shù)。光子計數(shù)測量通常用于化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光等微弱光測量，在這些應(yīng)用中，入射光是隨機(jī)的狀態(tài)。在這種情況下，當(dāng)光量達(dá)到或超過一定值時，計數(shù)值會因飽和而不再與入射光量成正比例關(guān)系。計數(shù)率線性是一個表示計數(shù)值相比理論值損失多少的參數(shù)，一般規(guī)定計數(shù)值低于理論值10%時為偏離線性。光子計數(shù)探測器的計數(shù)率線性特性一般是由內(nèi)置電路的脈沖對分辨率決定的，但在高計數(shù)率時，光電倍增管的時間特性也是重要的因素。?

圖3是光子計數(shù)探測器脈沖對分辨率為18ns時的典型計數(shù)線性特性曲線，當(dāng)計數(shù)損失10%時最大計數(shù)率對應(yīng)的是 6×106s-1 （注：最大線性計數(shù)率與線性偏離的定義相關(guān)，線性偏離的定義值不同，最大線性計數(shù)率也會不同）。

當(dāng)計數(shù)率超過106s-1時，由于脈沖重疊會產(chǎn)生計數(shù)誤差。為了提高計數(shù)線性，需要采取以下的措施：

①提高電路的脈沖對分辨率

②采用近似的修正公式

圖3展示了采用近似的補(bǔ)正公式的情況下對計數(shù)線性的改善。

3、溫度特性

光子計數(shù)法是測量閾值以上脈沖個數(shù)的方法，所以電源電路的輸出變化和周圍溫度的變化導(dǎo)致的光電倍增管增益變化對光子計數(shù)輸出不會產(chǎn)生多大的影響(具有不容易受到影響的特點(diǎn))。圖4表示的是溫度變化對應(yīng)的計數(shù)值的變化，從圖中可以看出光子計數(shù)法的溫度變化率大約是其他方法的一半。