2020最后一天 || 常用光子计数检测器分类与原理
时间：2023-07-23 23:37:00
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参考文献：
PicoQuant: 光子计数和定时产品宣传册
PicoQuant: 单光子计数技术手册
PicoHarp 300产品描述网页
PicoHarp 300软件使用说明
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本文对光子计数检测器有三种常见的方法sensor： 光电倍增管，微通道板PMT 和 雪崩光电二极管(APD)进行介绍。
光电倍增管 Photomultiplier Tube (PMT)
原理
- PMT光电阴极由光敏光电阴极组成，曝光时会产生电子。
- 这些电子被引导到称为倍增极的带电电极上。
- 多个打拿极反复放大后，电子在PMT阳极收集并作为电流输出。
特点
- PMT可用作动态范围大的模拟检测器。
- PMT是一种高灵敏度、低噪声的光电子放大器。
- PMT快速连续事件可以可靠地监控。
- PMT可用作单光子探测器
PMT单光子计数
单光子计数原理
- 冲击将记录在光子计数模式下PMT单个光子的光电阴极。
- 输出端产生电脉冲。
- 光子到达和电输出之间的时间不确定性通常足够小，允许以亚纳秒为单位的时间区分光子计数。
- 电子管通常在单光子计数模式下PMT恒定高压下运行最敏感。
光子计数中存在的问题
- 随着光子事件数量在高光水平下的增加，很难区分每个脉冲，光子计数将变为非线性。
- 这是一个渐进的过程，通常在1到10之间 Mcps具体取决于时间变得明显PMT模型。
- 在TCSPC随着计数率的增加，单个光子脉冲可能合并为一个。 这导致脉冲堆积和收集的直方图失真。
应用光谱范围
- PMT通常在可见光谱的蓝色和红色区域之间运行
- 根据光阴极材料，蓝绿色区域的量子效率最大。
- 典型的最大量子效率约为25%。
- 对于紫外线-可见-近红外区域的光谱实验，PMT非常适合。
暗计数及缓解
- 由于管道中各种来源的噪声，PMT输出可能包含与光输入无关的脉冲。 这些被称为暗计数。
- 这些杂散脉冲可以通过电子鉴别器电路在一定程度上抑制。
微通道板PMT Micro Channel Plate PMT (MCP)
- 微通道板PMT一系列玻璃毛细管(内径为5-25)μm）这些毛细管内部涂有电子发射材料。
- 毛细管偏置在高压下。 像在PMT同样，撞击毛细管内壁的电子也会产生大量的二次电子。
比PMT的优势
- 与普通PMT输出脉冲的传输时间扩大大大降低。
- 因此，MCP的定时抖动足够小，可以执行皮秒级的时间分辨光子计数，通常胜过PMT。
- 优质但昂贵MCP可以实现低至25 ps时序不确定性。
雪崩光电二极管（APD） Avalanche Photo Diode (APD)
原理
- APD它是一种半导体器件，通常仅限于在光谱中可见的红外工作。
- 通常，APD可用于超低光检测(光功率)<1 pW）
- 也可在所谓的“盖革”模式（略高于击穿电压的偏压）中用作光子计数器。
- 光子雪崩光电二极管（SPAD）
特点
- 高质量的小型设备可以低至50 ps但小型设备通常难以对齐和聚焦。
- 单光子检测的概率可能高达50%左右。 APD通常比PMT但量子效率更高。
- 对于厚结(thick junction)报告的最大量子效率约为70%。 该设备可提供约4000台 ps其量子效率为60%。
- 商用模块通过热电冷却，降低暗计数率，提供预成型TTL脉冲。
- 为达到规定的定时精度，必须准确地聚焦在有效区域的中心。 取决于计数率，IRF移动和/或扩展也可能发生。
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大量参考本文PicoHarp 300使用说明
原载于我的博客
如有错误，请联系 rxnlos@126.com
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