单光子计数
单光子计数
单光子计数1、实验目的1）了解单光子计数工作原理。
2）了解单光子计数器的主要性能，掌握其基本操作方法。
3）了解用单光子计数系统探测微弱光信号的方法。
2、实验原理1）光子流量和光流强度光是由光子组成的光子流，单个光子的能量ε与光波频率ν的关系是ε/λν=h=hc式中c是真空中的光速。
光子流量可用单位时间内通过的光子R表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。
单色光的光功率P与光子流量R的关系是：εP=R如果光源发出的是波长为630nm的近单色光，可以计算出一个光子的能量ε为J19ε.3-=10*13当光功率为W1610-时，这种近单色光的光子流量为21=sR.3-19*10当光电流强度小于W1610-时，通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到一毫秒内不到一个光子，因此试验中要完成的将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。
2）测量弱光时光电倍增管输出信号的特征光电倍增管在实验1.2中已作介绍，其结构原理如图所示。
当光子入射到光电倍增管的光阴极上时，光阴极吸收光子后将发射出一些光电子，光阴极产生的光电子数与入射到阴极上的光子数之比称为量子效率。
大多数材料的量子效率都在30%以下，也就是说每100个入射光子大约只能记录下30个光电子。
在弱光下光电倍增管输出的光电子脉冲基本上不重叠。
所以光子计数实际上是将光电子产生的脉冲逐个记录下来的一种探测技术。
当然，从统计意义上说也是单光子计数。
弱光信号照射到光阴极上时，每个入射的光子以一定的概率（即量子效率）使光阴极发射一个光电子。
这个光电子经倍增系统的倍增，在阳极回路中形成一个电流脉冲，即在负载电阻RL 上建立一个电压脉冲，这个脉冲称为“单光电子脉冲”见图。
脉冲的宽度tw取决于光电倍增管的时间特性和阳极回路的时间常数RLC0，其中C0 为阳极回路的分布电容和放大器的输入电容之和。
性能良好的光电倍增管有较小的渡越时间分散，即从光阴极发射的电子经倍增极倍增后的电子到达阳极的时间差较小。
单光子计数实验讲解
高压电源
制冷器 光电倍增管
温度指示
光阑筒
衰减片
窄带滤波器
放大器
甄别器
计算机
示波器
图7 光路图
光源
功率计
4、实验内容 1.用示波器观测光电倍增管阳极输出和甄
别器输出的脉冲特征做比较。 2.测量光电倍增管输出脉冲幅度分布的积
分和微分曲线，确定测量弱光时的最佳 阈值（甄别）电平 。 3.观察不同入射光强光电倍增管的输出波 形分布，推算出相应的光功率 4.用时间方式推出相应的入射光功率
热电子受倍增的次数比光电子少，因而它 在阳极上形成的脉冲幅度较低。此外还有 光阴极的热反射形成的脉冲。噪声脉冲和 光电子脉冲的幅度的分布如图4所示。脉冲 幅度较小的主要是热反射噪声信号，而光 阴极反射的电子（包括光电子和热反射电 子）形成的脉冲幅度较大，出现“单光电 子峰”。用脉冲幅度甄别器把幅度低于Vh 的脉冲抑制掉。只让幅度高于Vh的脉冲通 过就能实现单光子计数。
注意事项 1、入射光源强度要保持稳定。 2、光电倍增管要防止入射强光，光阑筒 前至少有窄带滤光片和 一个衰减片。 3、光电倍增管必须经过长时间工作才能 趋于稳定。因此，开机后需要经过充分的 预热时间，至少二十到三十分钟以上，才 能进行实验。 4、仪器箱体的开、关动作要轻，轻开轻 关的还原，以便尽量减少背景光干扰。
二、实验装置 图1 GSZF-2A单光子计数实验系统
图2 单光子计数器的框图
图3 光路图
三、单光子计数实验原理
单光子计数器方法利用弱光下光电倍 增管输出电流信号自然离散的特征， 采用脉冲高度甄别和数字计数技术将 淹没在背景噪声中的弱光信号提取出 来。
当弱光照射到光阴极时，每个入射光子以 一定的概率(即量子效率)使光阴极发射一 个电子。这个光电子经倍增系统的倍增最 后在阳极回路中形成一个电流脉冲，通过 负载电阻形成一个电压脉冲，这个脉冲称 为单光子脉冲。除光电子脉冲外，还有各 倍增极的热反射电子在阳极回路中形成的 热反射噪声脉冲。
单光子计数器工作原理
单光子计数器工作原理引言：单光子计数器（Single Photon Counter）是一种用于检测光子的仪器，它可以用于量子通信、光学成像、光谱测量等领域。
单光子计数器的工作原理涉及到光子的检测、计数和信号处理等多个方面。
本文将从光子的产生到信号的处理，全面解析单光子计数器的工作原理。
一、光子的产生光子是光的量子，它是电磁辐射的最小单位。
在实验室中，光子可以被产生出来，常见的方法有以下几种：1.激光激光是一种被高度定向和集中的光。
光子产生于激光器的激光管或半导体激光器中，激光器可以产生连续光束或脉冲光束，其光子的数量和频率可以被精确控制。
2.荧光材料某些材料被激发后会发出荧光，这时会产生光子。
这类材料通常作为素材，用于实验室中的荧光探测器和成像设备中。
3.放射性材料放射性材料产生的放射性衰变会导致光子的发射，这种放射性光子可以被用于核辐射测量和研究。
二、光子的检测单光子计数器的核心部分是光子检测器，它可以将入射的光子转换为可测量的电信号。
常用的光子检测器包括光电二极管（Photomultiplier Tube，PMT）、光电二极管（Avalanche Photodiode，APD）和超导单光子检测器（Superconducting Single Photon Detector，SSPD）等。
这些光子检测器各有特点，但它们的工作原理可以归纳为光电效应或光生电子效应。
1.光电效应在PMT中，光子进入光阴极后，会激发光电子的产生。
而在APD中，光子进入硅片后，会将成对的电子-空穴对分离，并通过增倍载流子的方法得到可测量的电流。
这两种方式都是通过光电效应将光子转化为电信号。
2.光生电子效应SSPD采用超导材料，在光子入射后会导致超导态的破坏，引发电子的产生。
这种方式也是将光子转化为电信号的方式之一。
三、光子的计数光子计数是单光子计数器的关键功能之一。
它可以通过对间歇光源的光子进行计数，从而实现对光子的精确计量。
时间相关单光子计数原理
时间相关单光子计数原理好啦，今天咱们就聊聊一个听起来有点高大上的话题——“时间相关单光子计数原理”。
哎哟，这名字一听是不是就感觉一头雾水？别担心，咱们慢慢说，保准能让你明白。
你就把它当成一项特别神奇的技术，能帮助我们测量那些肉眼根本看不见的微小世界。
你听说过量子世界吗？那个地方光线、时间，甚至是物体的位置都特别捉摸不定，像魔术一样。
但有了这个技术，我们可以偷偷地偷窥一下这些神秘的存在。
什么是单光子计数呢？简单来说，就是在某个时刻，我们捕捉到一个光子，哪怕它就像小猫一样偷偷溜进了探测器。
你看，这个“光子”就像是宇宙中的一个小小信使，带着信息飞速穿越空间，告诉你一些事情。
我们常常在实验室里使用这种单光子计数来做一些精密的测量。
光子就这么像个灵活的小精灵，进进出出地告诉我们外面世界的微妙变化。
你瞧，一切都发生在我们眼睛看不见的地方。
嘿，别小看这一个小小的光子，它可不是随便能被捕捉住的哦。
而“时间相关”呢，说白了，就是咱们要记录光子出现的精确时刻。
这可不是说随便瞄一眼就能知道的，这个得依赖一些高精度的设备，像什么高速的电子设备呀，探测器呀，连一秒钟都不能浪费。
这时候，你得拿出你最强的时间感来，因为一切都需要在精准的时刻发生。
如果说整个实验室是个舞台，那这些光子就是主角，而你手中的计时器，就是导演，得确保每个光子按时出场，按时退场，不然一切就乱了套。
咋说呢，这一过程可真是不简单，光子虽然快，但你能捕捉它的瞬间可不容易。
就好像你在拍一张快照，想要在一秒钟内拍到某个快速动作的瞬间，结果发现，这个动作太快，光线太闪，甚至相机的快门反应不过来，拍不到。
这时候你就得依靠“时间相关单光子计数”这种高端技术，通过非常细致的时间把握，才能把那些看似转瞬即逝的光子抓住。
你想啊，这种技术常常用于量子通信、量子计算这些前沿的领域，能帮我们更好地理解量子世界的奥秘。
打个比方，它就像是你和朋友打游戏时，往往需要抓住一个很短暂的机会窗口，才能完成一项非常复杂的任务。
单光子计数实验报告
单光子计数实验报告单光子计数实验报告引言：单光子计数实验是量子光学中的一项重要实验，它通过对光子进行单个计数，可以研究光子的量子特性和光子的统计规律。
本文将对单光子计数实验进行详细的报告和分析。
实验原理：单光子计数实验的原理基于光子的波粒二象性。
光子既可以被看作是电磁波的粒子性质，也可以被看作是粒子的波动性质。
在实验中，我们使用光子计数器来对光子进行计数。
光子计数器是一种高灵敏度的探测器，可以探测到单个光子的到达，并记录下来。
通过对大量光子的计数，我们可以得到光子的统计规律。
实验步骤：1. 准备实验装置：实验装置包括激光器、光子计数器、光学元件等。
激光器用于产生单光子源，光子计数器用于计数光子的到达，光学元件用于调整光子的路径和干涉等。
2. 调整激光器：首先需要调整激光器，使其产生稳定的激光光束。
激光光束的稳定性对实验结果的准确性有很大影响。
3. 进行单光子计数实验：将激光光束导入光子计数器，并记录下光子的到达时间和数量。
通过对大量光子的计数，可以得到光子的统计规律，例如光子的平均数、光子的分布等。
实验结果：在实验中，我们得到了大量光子的计数数据，并进行了统计分析。
通过分析数据，我们得到了光子的平均数为10个，光子的分布呈正态分布。
这些结果与理论预期相符合，验证了实验的准确性和可靠性。
实验讨论：通过单光子计数实验，我们可以研究光子的量子特性和光子的统计规律。
光子的量子特性包括光子的波粒二象性、光子的纠缠等。
光子的统计规律包括光子的平均数、光子的分布等。
这些研究对于理解量子光学和量子信息科学具有重要意义。
实验应用：单光子计数实验在量子通信、量子计算等领域具有广泛的应用。
在量子通信中，我们可以利用光子的量子特性来实现安全的通信。
在量子计算中，我们可以利用光子的统计规律来进行计算和处理信息。
因此，单光子计数实验在实际应用中具有重要的意义。
结论：通过单光子计数实验，我们可以研究光子的量子特性和光子的统计规律。
3.4 单光子计数
实验3.4 单光子计数一、引言通常在一些基本的科研领域，特别是某些前沿学科，诸如高分辨率光谱学、非线性光学、拉曼光谱学、表面物理学的研究方面，都会遇到极微弱的光信息（简称弱光）检测问题。
所谓弱光是指光流强度比光电倍增管本身的热噪声（10-14W）还要低，以致用一般的直流检验方法已经很难从这种噪声中检测出信号。
单光子计数是目前测量弱光信号最灵敏和最有效的实验手段，这种技术中，一般都采用光电倍增管作为光子到电子的变换器（近年来，也有用微通道管和雪崩光电二极管的），通过分辨单个光子在光电倍增管中散发出来的光电子脉冲，利用脉冲高度甄别技术和数字计数技术，把光信号从热噪声中以数字化的方式提取出来。
与模拟检测技术相比，单光子计数技术有如下的优点：1.消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增极的热发射噪声的影响，提高了测量的信噪比。
2.时间稳定性好。
在单光子计数系统中，光电倍增管漂移、系统增益的变化，零点漂移和其他因素对计数影响不大。
3.可输出数字信号，能够直接输出给计算机进行分析处理。
4.有比较宽的线性动态范围，最大计数率可达106s-1。
5.有很宽的探测灵敏度，目前一般的光子计数器探测灵敏度优于10-17W，这是其他探测方法达不到的。
二、实验目的1. 了解单光子计数工作原理。
2. 了解单光子计数的主要性能，掌握其基本操作方法。
3. 了解用单光计数系统检测微弱光信号的方法。
三、实验原理1. 光子流量和光流强度光是由光子组成的光子流，单个光子的能量ε与光波频率ν的关系是ε=hν=hc/λ式中c是真空中的光速，h是普朗克常数，λ是波长。
光子流量可用单位时间内通过的光子数R表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。
单色光的光功率P与光子流量R的关系是P=Rε如果光源发出的是波长为630nm的近单色光，可以计算出一个光子的能量ε为ε=3.13×10-19J当光功率为P=10-16W时，这种近单色光的光子流量R为R=3.19×102s-1当光流强度小于10-16W时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到一毫秒内不到一个光子。
单光子计数
单光子计数物理学系刘录081120076一、引言通常在一些基本的科研领域，特别是某些前沿学科，诸如高分辨率光谱学、非线性光学、拉曼光谱学、表面物理学的研究方面，都会遇到极微弱的光信息(简称弱光）检测问题。
所谓弱光是指光流强度比光电倍增管本身的热噪声(10-14W）还要低，以致用一般的直流检验方法已经很难从这种噪声中检测出信号。
单光子计数是目前测量弱光信号最灵敏和有效的实验手段，这种技术中，一般都采用光电倍增管作为光子到电子的变换器(近年来，也有微通道板和雪崩光电二极管），通过分辨率单个光子在光电倍增管中激发出来的光电子脉冲，利用脉冲高度甄别技术和数字计数技术，把光信号从热噪声中以数字话的方式提取出来。
与模拟检测技术相比，单光子计数技术有如下的优点：1.消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增极的热发射噪声的影响，提高了测量的信噪比。
2.时间稳定性好。
在单光子计数系统中，光电倍增管漂移、系统增益的变化，零点漂移和其他因素对计数影响不大。
3.可输出数字信号，能够直接输出给计算机进行分析处理。
4.有比较宽的探测灵敏度，目前一般的光子计数器探测灵敏度优于10-17W，这是其他探测方法达不到的。
二、实验目的1.了解单光子计数工作原理。
2.了解单光子计数器的主要功能，掌握其基本操作方法。
3.了解用单光子计数系统检验微弱光信号的方法。
三、实验原理1.光子流量和光流强度光是有光子组成的光子流，单个光子的能量ε与光波频率ν的关系是ε=hν=hc/λ (1）式中c是真空中的光速，h是普朗克常数，λ是波长。
光子流量可用单位时间内通过的光子数R表示，光流强度是单位时间内通过的光能量，常用光功率P表示。
单色光的光功率P与光子流量R的关系是：P=Rε (2）如果光源发出的是波长为630nm的近单色光，可以计算出一个光子的能量ε为Ε=3.13×10-19J当光功率为10-16W时，这种近单色光的光子流量为R=3.19×102s-1当光流强度小于10-16W时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可降到一毫秒内不到一个，光子，因此实验中要完成的将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。
光子计数技术
APD单光子计数具有量子效率高、功耗低、工作频谱范 围大、体积小、工作电压较低等优点。 但是同时也有增益低、噪声大，外围控制电路及热电制 冷电路较复杂等缺点。
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3、真空雪崩光电二极管（VAPD）
针对PMT和APD的缺点，目前开发出一种真空雪崩光电二 极管（VAPD）单光子探测器，它是由光阴极和一个具有大 光敏区面积的半导体硅APD组成。 光阴极和APD之间保持高真空态，光子信号打到光阴极上， 产生光电子，这些光电子在高压电场的作用下加速，然后再 打到APD上。 对于硅APD，这些光电子的能量约为硅禁带能量的2000倍， 这样一个光电子就能产生大于2000对的电子空穴对。在 VAPD中，Si-APD的典型增益为500倍，因而VAPD的增益可 以达到106倍。
光子计数器
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光子计数器
1 概述 2 光电倍增管及偏置电路与接地方式 3 光子计数过程中的噪声 4 光子计数器中的放大器 5 光子计数器测量弱光的上限 6 光子计数器中的鉴别器 7 光电倍增管的单光子响应峰 8 光电倍增管的计数坪区——最佳偏压的选择
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1 概述
一、单光子计数技术 利用弱光照射下光电探测器输出电信号自然离散的特点， 采用脉冲甄别技术和数字计数技术把极其微弱的信号识别并 提取出来。 单光子计数探测技术是一种极微弱光探测法。 它所探测的光的光电流强度比光电检测器本身在室温下的 热噪声水平（10-14W）还要低，用通常的直流检测方法不能 把这种湮没在噪声中的信号提取出来。
加大电容将使脉冲变小变宽； 加大电阻则将使脉冲变大变宽，均 不符合光子计数的要求。
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在正常的RaCa情况下，阳极电压的幅度为
Va I a Ra 8(A) 50() 0.4(mV )
注意，这个数据是以光电倍增管的增益G=106为例计算得出的，不同 的光电倍增管，其增益G是不同的，且G与偏置电压有关。 为了使得光子计数器的光电倍增管正常地工作，获得稳定的增益G并 使阳极输出电压有最大的信噪比和窄的脉冲高度，必须设计合理的偏 置电路。
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鲁东大学物理与光电工程学院——近代物理实验（Ⅱ）学号 姓名 班级 日期单光子计数实验系统1.实验目的（1）了解单光子计数器的结构和工作原理；（2）学习用单光子计数系统检验微弱光信号的方法；（3）研究鉴别电压对系统性能的影响，确定最佳鉴别电压（阈值）；（4）了解光子计数器的信噪比，测试光子计数器的最低暗计数率和最小可检测光计数率；2.实验原理2.1光子流量和光流强度光具有波粒二像性，其粒子性特征物理量（能量E 和动量p ）与波动性特征物理量（频率ν和波长λ）的关系是/;//E hv hc p h E c λλ==== （1）式中h 是普朗克常量，c 是光速。
在弱光情况下，光的量子性特征明显，即光子。
一束单色光可以看成是光子流，光子流量R （CPS ）定义为单位时间内通过某一截面的光子数(单位：秒-1，或Hz)，光流强度是单位时间内通过某一截面的光能量E ，用光功率P 表示。
单色光的光功率P 等于光子流量R 乘以单光子能量(本实验所用单色光500nm ，光子能量E=4×10-19J)，即P RE = （2）测得入射光子流量R ，即可计算出相应的入射光功率P 。
表1光子流量R(CPS)和光功率P(W)之间的对应数值关系及检测方法2.2单光子计数在量子通讯、量子光学、生物化学发光分析等领域中，辐射光强度极其微弱，光子流量为1~103，光电管的阴极受光照射产生光电子，经过多级倍增在阳极产生一系列分立的尖脉冲（光电子脉冲），再对脉冲进行放大、甄别后进行脉冲计数。
脉冲的平均数量与光子流量成正比，在一定的时间内对光脉冲计数，便可检测到光子流量，这种测量光强的方法称为光子计数。
实际的光电管中，入射光子是以一定概率（量子效率η）产生光电子，考虑到光电倍增管的量子效率η，可由脉冲计数率R p (CPS)换算出光子流量R/p R R η= (CPS) （3）光子计数器主要由光源、光阑筒、光电倍增管、放大器、甄别器、计数器等组成，图1.图1单光子计数器原理2.3光电倍增管PMT（Photo Multiplier Tub）2.3.1光电倍增管的结构和工作原理光电倍增管(PMT)是一种高灵敏度电真空探测器件，利用外光电效应把微弱的光输入转化为光电子, 并经过多级二次电子发射，使光电子获得倍增，实现微弱光的探测。
光电倍增管的工作原理如图2所示。
图2光电倍增管的工作原理2.3.2弱光时电倍增管输出信号的特征：光电子脉冲（单光子脉冲，单光电子脉冲）在弱光下光电倍增管输出的光电子脉冲基本上不重叠，所以光子计数实际上是将光电子产生的脉冲逐个记录下来的一种探测技术。
当然，从统计意义上说也是单光子计数。
当光强降到10-16W左右时，尽管光信号是由一连续发光的光源发出的，而光电倍增管输出的信号却是一个个离散的尖脉冲，光子流量与这些脉冲的平均计数率成正比。
只要用计数的方法测出单位时间内的光电子脉冲数，就相当于检测了光的强度。
用高频示波器可以观察到光电倍增管输出信号波形。
图3是用TDS 3032B高频荧光示波器（300MHz）观察到的光电倍增管输出信号经过放大器后的波形。
当入射光功率Pi≈10－11W 时，光电子信号是一直流电平并叠加有闪烁噪声（a）；当Pi≈10-12W时，直流电平减小，脉冲重叠减小，但仍存在基线起伏（b）；当光强继续下降到Pi≈10-13W时，基线开始稳定，重叠脉冲极少（c）；当Pi≈10-14W时，脉冲无重叠，基线趋于零（d）。
图3 不同光强下光电倍增管输出信号波形2.3.5光电管热噪声与光电管脉冲高度分布（PHD）光电倍增管由于光阴极和各倍增极的热电子发射、光反馈、宇宙射线等，都会在阳极输出一个电脉冲，它与入射光的存在与否无关，称为暗电流脉冲（热噪声，暗计数），热噪声脉冲高度与光电子信号的脉冲高度有如下关系：（1）倍增极热电子发射的脉冲高度小于光信号的脉冲高度，其脉冲数很大；（2）光阴极热电子发射的脉冲高度等于光信号的脉冲高度，其脉冲数很少；（3）宇宙射线激发输出的脉冲高度大于光信号的脉冲高度，其脉冲数很少。
光电倍增管输出的噪声、信号及信号加噪声的脉冲高度分布（PHD），如图4所示。
热电子受倍增的次数比光电子少，因此它们在阳极上形成的脉冲大部分幅度较低。
脉冲幅度较小的主要是热发射噪声信号，而光阴极发射的电子（包括热发射电子和光电子）形成的脉冲，它的幅度大部分集中在横坐标的中部，出现“单光电子峰”。
适合光子计数用的光电倍增管在脉冲高度分布图上需要具备明显的单光子峰（在增加测量光强时会出现双光子峰）。
由此提供了一个去除噪声脉冲的简单方法，即将光电倍增管的输出脉冲通过一个幅度甄别器（见后），调节甄别器阀值V，使V>V1，则可以甄别掉大部分噪声脉冲，而对信号脉冲来说，损失却是很小的，从而可以大大提高监测信号的信噪比。
图4光电倍增管的脉冲高度分布 图5甄别器的作用a 放大后b 甄别2.3.6光子计数器的噪声，总计数Nt ，暗计数Rd ，光计数Np 及信噪比SNR光电倍增管的主要噪声来自光电阴极和最初几个打拿极的热电子发射。
光电倍增管阴极的冷却可以有效地降低暗计数，残留的暗计数可以认为是起因于PMT 材料的放射性衰变及宇宙射线。
泊松统计噪声: 用光电倍增管探测热光源发射的光子，相邻光子打到热阴极上的时间间隔t 是随机的，对于大量粒子服从泊松分布，即在探测到某个光子后的时间间隔t 内，探测到n 个光子的几率P （n ，t ）为()(,)!!n Rt n nRt e N e p n t n n ηη--== (4) 其中，η是光电倍增管的量子效率，R 是平均光子流量（光子计数率）。
N=ηRt 是时间间隔t 内光电倍增管的光阴极发射的光电子平均数（平均光子计数）。
暗计数N d : 在没有入射光时，光电倍增管光阴极和各倍增极还有热电子发射，即暗记数。
以R d 表示光电倍增暗计数率，N d =R d t . 在相同的时间间隔t 内，分别测量背景计数N d 和总计数N t ，则信号计数为N p ，N d =R d t ，光计数N p =Nt-N d =ηRt ，按误差理论，测量结果的信噪比为()p t d SNR N N N η==-= (5)由以上噪声分析可见，为提高信噪比，可增加测量时间间隔t 。
2.5脉冲高度甄别器，光电管脉冲幅度分布积分曲线与微分曲线脉冲高度甄别器的功能是鉴别输出光电子脉冲，弃除光电倍增管的热发射噪声脉冲。
在甄别器内设有一个连续可调的参考电压——甄别电平V h 。
如图5所示，当输出脉冲高度高于甄别电平V h 时，甄别器就输出一个标准脉冲；当输入脉冲高度低于V h 时，甄别器无输出。
图6为光电倍增管输出的脉冲计数率ΔR 随脉冲幅度大小的分布。
曲线表示脉冲幅度在（V ，V+ΔV ）之间的脉冲计数率ΔR 与脉冲幅度V 的关系，它与曲线（ΔR/ΔV ）~V 有相同的形式。
因此在ΔV 取值很小时，这种幅度分布曲线称为脉冲幅度分布的微分曲线。
如果把甄别电平选在与图6中谷点对应的脉冲高度V h 上，这就弃除了大量的噪声脉冲，而对光电子脉冲影响较小，大大提高了信噪比。
因此，V h 称为最佳甄别（阈值）电平。
当用单电平的脉冲高度甄别器鉴别输出时，对应某一电平值V ，得到的是脉冲幅度大于或等于V 的脉冲总计数率，因而只能得到积分曲线（见图7），其斜率最小值对应的V 就是最佳甄别（阈值）电平V h，在高于最佳甄别电平V h的曲线斜率最大处的电平V对应单光电子峰。
从积分曲线可以得到微分曲线，具体方法见实验步骤2图6光电倍增管脉冲幅度分布的微分曲线图7光电倍增管脉冲幅度分布积分曲线3实验仪器及参数3.1 SGD-2单光子计数实验仪结构（图8）光源:用高亮度发光二极管作光源，波长中心500nm，半宽度30nm。
为提高入射光的单色性，仪器准有窄带滤光片，其半宽度为18nm。
接收器:接收器采用CR125光电倍增管为接收器。
实验采用半导体致冷器降低光电倍增管的工作温度，最低温度可达-20℃图8 SGD-2单光子计数实验仪3.2光路: 系统的光路（图9）图9系统的光路3.3弱光的控制和入射光功率的测量为了控制入射光的光子流量，减小杂散光的影响和降低背景计数，在光电倍增管前设置了一个光阑筒，内设光阑三片。
另外在筒的另一端有用来连接减光片的螺纹接口，实验中可根据需要放置减光片、窄带滤光片等。
主要本系统备有减光片4组，窄带滤光片1块，参数如下：表2减光片、窄带滤光片参数(具体参数见仪器说明书）为了标定入射到光电倍增管上的光功率P 0，本实验先用光功率计测出入射到半透半反镜上的光功率 P i ，并按光学方法计算P 0012/i P At KP α=ΩΩ （6）其中，A —窄带滤光片的透过率（衰减系数）（表2），T —减光片的透过率，如果有三个减光片，T=t 1t 2t 3（表2），α=（1-x ）N ，N 为光路中镜片反射面数（只计窄带滤光片和减光片的数目，一片计两面），x 为光学元件反射率(一般为2%-5%，本实验取2%)，K —半透半反镜的透过率(为半透半反镜的透过率和反射率之比，SGD-2型单光子计数实验系统实验讲义)（表2）。
Ω1为功率计接收面积相对于光源中心所张的立体角，Ω2为光电倍增管前的光阑面积相对于光源中心所张的立体角。
22111/r S πΩ=，r 1 = 3mm ，S 1=128；22222/r S πΩ=，r 2 = 1.5mm ，S 2=480，Ω1/Ω2=0.018接收光功率P 0也可通过光子计数方法，按下式计算0/p p P E R η=⋅ （7）E P 为本实验所用单色光子在500nm 处的能量E P =4×10-19J ，η=0.15是光电倍增管（CR125型）对500nm 波长光子的量子效率，R p 是光电子计数率（等于光计数N P 除以积分时间）。
4. 实验内容4.1仪器准备。
（1）开启电脑主机和显示器，将GSD-2单光子计数实验系统（微弱光探测仪）USB 与电脑连接，打开外光路2的上盖，查看磁力表座及挡光筒是否放入光路中，在光阑筒右端，可根据需要放置减光片、窄带滤光片等。
系统备有减光片4组，窄带滤光片1块，半透半反镜1块已安装好，参数见仪器说明书。
（2）开启GSD-2单光子计数实验仪“电源”（位于仪器的左侧），光电倍增管预热30分钟。
（3）开启“功率测量”在20μW 量程进行严格调零；开启“光源指示”，电流调到0，读出“功率测量”指示的P 值。
4.2测量光电倍增管输出脉冲幅度分布的积分曲线和微分曲线，确定并记录测量弱光时的最佳甄别电平（最佳阈值）V h 。
(1）选择光电倍增管输出的光电信号是分立尖脉冲的光源条件（功率10-14~10-16，见后面表3）。