单光子计数
实验十九 单光子计数实验
图19-1 光电倍增管的工作原理图 实验十九 单光子计数实验现代光测量技术已步入极微弱发光分析时代。
在诸如生物微弱发光分析、化学发光分析、发光免疫分析等领域中，辐射光强度极其微弱，要求对所辐射的光子数进行计数检测。
对于一个具有一定光强的光源，若用光电倍增管接收它的光强，如果光源的输出功率及其微弱，相当于每秒钟光源在光电倍增管接收方向发射数百个光子的程度，那么，光电倍增管输出就呈现一系列分立的尖脉冲，脉冲的平均速率与光强成正比，在一定的时间内对光脉冲计数，便可检测到光子流的强度，这种测量光强的方法称为光子计数。
【实验原理】1.光子的量子特性光是由一束光子组成的光子流，光子是静止质量为零，有一定能量的粒子。
一个光子的能量可用下式确定λν/hc h E == （19—1）式中8100.3⨯=c m/s 是真空中的光速，34106.6-⨯=h J.S 是普朗克常数。
光流强度常用光功率p 表示，单位为W 。
单色光的光功率可用下式表示E R p ⋅= （19—2）式中R 为光子流量，即单位时间通过某一截面的光子数。
只要测得R ，就可得到p 。
如果光源发出的是波长为500nm 的近单色光，可以计算出这种光子的能量E P 为 E=J m s m s J hc1019978.31070.51080.3103463.61-⨯=-⨯⋅⨯⨯⋅-⨯=-λ （19—3） 当光功率为10−14W 时，这种近单色光的光子流量为 121916103.2103.161010---⨯=⨯⨯=s J W R （19—4）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。
2．电倍增管的工作原理。
光电倍增管是一个由光阴极、阳极和多个倍增极(亦称打拿极)构成的特殊电子管。
它的前窗对工作在可见光区及近紫外区的用紫外玻璃：而在远紫外区则必须使用石英。
《单光子计数实验》课件
对未来研究的建议
01
深入研究单光子计数的物理机制和探测技术，提高探测效率和 准确性。
02
拓展单光子计数实验的应用领域，如生物医学、环境监测、光
学通信等。
加强与其他学科的交叉研究，如物理学、化学、生物学等，以
03
推动单光子计数实验的发展和应用。
THANKS
感谢观看
实验设备
03
电脑、数据采集和处理软件、电源等。
实验过程
调整光学元件
调整反射镜和透镜等光学元件 ，确保激光束准直并聚焦在光 电倍增管上。
调整激光功率
调整激光器的功率，以适应实 验需求。
连接设备
将单光子计数器、激光器、光 学元件和光电倍增管按照实验 要求连接起来。
开始计数
启动单光子计数器，开始记录 每个光子事件。
重复实验
进行多次实验以获取可靠的数 据。
数据处理与分析
数据整理
将实验数据整理成表格或图形形式，便于分析。
数据筛选
剔除异常数据，确保数据质量。
数据分析
利用统计分析方法，对数据进行处理和分析，得出实验结果。
结果解释
根据数据分析结果，解释单光子计数的原理和实验现象。
04
结果与讨论
实验结果
实验数据记录
而在电场的作用下被加速并打在电子计数器上，实现单光子的计数。
03
特点
高灵敏度、低噪声、计数精度高。
激光器
作用
产生单光子源，为实验提供所需的光子。
工作原理
利用激光的相干性，通过调制产生单光子。
特点
高亮度、高相干性、高稳定性。
光路系统
01
02
03
作用
将激光器产生的光子传输 到单光子计数器中。
3.4单光子计数
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。
单光子计数实验报告
引言：单光子计数实验是现代光子学研究中一项重要的技术手段，可以用于精确测量光子的数量和计数。
本文是对单光子计数实验的进一步探索和研究的报告，主要介绍了实验的设备和方法，以及实验过程中所遇到的问题和解决方法。
通过这些实验数据和分析结果，我们可以对单光子计数实验的原理和应用有更深入的了解，为相关研究和技术应用提供参考。
正文内容：一、实验设备和方法1.实验装置：我们采用了型光子计数器作为主要的实验装置。
该光子计数器具有较高的计数精度和稳定性，可以实现单光子计数和时间分辨测量。
2.实验光源：为了获得单光子信号，我们使用了一台型激光器。
该激光器可以发射高稳定度和窄脉冲宽度的光子，适用于单光子计数实验。
3.实验样品：我们选择了一种具有较高荧光量子效率的荧光物质作为实验样品。
通过调节样品的浓度和吸光度，我们可以控制单光子计数的强度和分布。
4.实验控制系统：为了实现精确控制和数据采集，我们采用了一个先进的实验控制系统。
该系统可以实时监测光子计数器的计数和时间，以及控制实验参数的设置。
二、实验过程和数据分析1.实验准备：在进行实验之前，我们需要对实验装置和控制系统进行校准和调试，确保实验的准确性和可靠性。
3.数据分析：通过对实验数据的分析，我们可以得到单光子计数的数据分布和统计特性。
在数据分析过程中，我们采用了一系列数学方法和统计模型，例如：泊松分布，高斯分布等等。
4.结果验证：为了验证实验结果的可靠性，我们进行了重复实验，并与模拟结果进行对比分析。
通过小概率事件的比较和实验误差的评估，我们可以确定实验的可信度和准确性。
5.实验拓展：在实验过程中，我们遇到了一些问题和挑战，例如：背景光噪声的影响，光子计数器的非线性等。
通过改进实验方法和技术手段，我们不断优化实验流程，并获得了更精确和可靠的实验结果。
三、实验结果和讨论1.单光子计数分布图：我们通过实验数据和分析，得到了单光子计数的分布图。
该分布图呈现出明显的峰值和尾部，符合光子计数的统计特性。
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。
实验四单光子计数
光子计数也就是光电子计数，是微弱光（低于10－14）信号探测中的一种新技术。
它可以探测微弱到以单光子到达时的能量。
目前已被广泛应用于喇曼散射探测、医学、生物学、物理学等许多领域里微弱光现象的研究。
微弱光检测的方法有：锁频放大技术、锁相放大技术和单光子计数方法。
最早发展的锁频原理是使放大器中心频率与待测信号频率相同，从而对噪声进行抑制。
但这种方法存在中心频率不稳、带宽不能太窄、对待测信号缺乏跟踪能力等缺点。
后来发展了锁相放大技术，它利用待测信号和参考信号的互相关检测原理实现对信号的窄带化处理，能有效的抑制噪声，实现对信号的检测和跟踪。
但是，当噪声与信号有同样频谱时就无能为力，另外它还受模拟积分电路漂移的影响，因此在弱光测量中受到一定的限制。
单光子计数方法是利用弱光照射下光电倍增管输出电流信号自然离散化的特征，采用了脉冲高度甄别技术和数字计数技术。
与模拟检测技术相比有以下优点： 1．测量结果受光电倍增管的漂移、系统增益的变化及其它不稳定因素影响较小。
2．基本上消除了光电倍增管高压直流漏电流和各倍增级的热发射噪声的影响，提高了测量结果的信噪比。
可望达到由光发射的统计涨落性质所限制的信噪比值。
3．有比较宽的线性动态范围。
4．光子计数输出是数字信号，适合与计算机接口作数字数据处理。
因此采用光子计数技术，可以把淹没在背景噪声中的微弱光信息提取出来。
目前一般光子计数器的探测灵敏度优于10－17，这是其它探测方法所不能比拟的。
【实验目的】1．介绍这种微弱光的检测技术；了解GSZFS-2B 实验系统的构成原理。
2．了解光子计数的基本原理、基本实验技术和弱光检测中的一些主要问题。
3．了解微弱光的概率分布规律。
【实验原理】1．光子光是由光子组成的光子流，光子是静止质量为零、有一定能量的粒子，与一定的频率相对应。
一个光子的能量可由下式决定：0/E h hc νλ== （1）式中=3×108m/s ，是真空中的光速；＝6.6×10－34J s ⋅，是普朗克常数。
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单光子计数摘要：单光子计数是测量弱光信号最灵敏和有效的实验手段，采用光电倍增管作为光子到电子的变换器，通过分辨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。
关键词：光电倍增管光电子脉冲一、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。
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（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=（2）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。
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。
2、测量弱光时光电倍增管的输出特性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子，光阴极产生的光电子数与入射到阴极上的光子数之比成为量子效率。
大多数材料的量子效率都在30%以下。
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一个分离的尖脉冲，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。
3、单光电子峰将光电倍增管的阳极输出脉冲接到脉冲高度记录器作脉冲高度分布分析，可以得到图像：脉冲幅度大小在V 到(V+∆V ）之间的脉冲计数率R 与脉冲幅度大小V 之间的关系。
它与(∆R/∆V ）-V 曲线有相同的形式，因此，当∆V 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。
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形成的脉冲，其幅度集中在横坐标的中部，形成所谓“单光电子峰”。
形成这种分布的原因是：(1）、光阴极发射的电子，包括光电子和热发射电子，都受到了所有倍增电极的增殖。
因此它们的幅度大致接近。
(2）、各倍增极的热发射电子经受倍增的次数要比光阴极发射的电子经受的少，因此前者在阳极上形成的脉冲幅度要比后者低。
所以图中脉冲幅度较小的部分主要是热噪声脉冲。
(3）、各倍增极的倍增系数不是一定值，有一定统计分布，大体上遵守泊松分布。
所以，如果用脉冲高度甄别器将幅度高于谷底的脉冲加以甄别、输出并计数显示，就可能实现高信噪比的单光子计数，大大提高检测灵敏度。
三、实验仪器实验系统主机、光学系统(光源、探测器）、电子学系统、电脑软件四、实验内容1、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(甄别）电平V h ，并记录最佳阈值。
(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，运行“单光子计数”软件。
在模式栏选择“阈值方式”；采样参数栏中的“高压”是指光电倍增管的工作电压，1～8档分别对应620～1320V ，由高到低每档按10%递减。
一般设为8档。
(2）、在工具栏点击“开始”，将范围栏的“起始点”和“终止点”设为0和50，开始采集数据，得到一曲线，称为积分曲线。
其斜率最小值处就是阈值电平V h 。
(3）、在菜单栏点击“数据/图形处理”选择“微分”，再选择与积分曲线不同的“目的寄存器”运行，就会得到与积分曲线色彩不同的微分曲线。
其电平最低谷与积分曲线的最小斜率处相对应，由微分曲线更准确的读出V h =30×10mV=300mV 。
2、测量接收光功率(1）、在模式栏选择“时间方式”，在采样参数栏的“阈值”输入步骤1获取的V h 值300mV ，数值范围的终止点设为50s ，积分时间取1000ms ，在工具栏点击“开始”，单光子计数。
(2）、此时，光源强度P 不变，光子计数率R P 基本是一条直线；调节光功率P 的高低，光子计数率也随之变化。
测量三种不同光功率的光计数N t 和无光时的暗计数N d ，计算出接收光功率P i 。
接收光功率P i 和信噪比SNR 可分别按以下两式计算：/i p p P R εη= （3）式中εP =3.96×10-19J(500nm 波段光子的能量），R P 为计数率，等于光计数N P 除以积分时间，CR125型光电倍增管对500nm 波段的量子计数效率η=15% t d t d N N SNR N N -=+ （4）式中，N t 为测量时间间隔内测得的总计数；N d 为测量时间间隔内测得的背景计数；那么光计数N P = N t -N d 。
再根据光学系统参数，利用式P o =At αK(Ω1/Ω2)P 推算光功率P 0与上述计算的P i 作比较。
五、数据处理与实验结果1、阈值方式实验测量光电倍增管输出脉冲幅度分布的积分曲线图像如图1所示。
图1 光电倍增管输出脉冲幅度分布的积分曲线实验测量光电倍增管输出脉冲幅度分布的微分曲线图像如图2所示。
图2 光电倍增管输出脉冲幅度分布的微分曲线由光电倍增管输出脉冲幅度分布的积分和微分曲线可以得出测量弱光时的最佳(甄别）电平V h 为32。
2、时间方式（1）、电流I=2.0 mA 时，测得的光子计数率如图3所示。
图3 I=2.0 mA 时，测得的光子计数率由此可以算出电流I=2.0 mA 时，测得的光子计数率平均值为52241.4。
（2）、电流I=2.5 mA 时，测得的光子计数率如图4所示。
图4 I=2.5 mA 时，测得的光子计数率由此可以算出电流I=2.5 mA 时，测得的光子计数率平均值为63752.0。
（3）、电流I=3.0 mA 时，测得的光子计数率如图5所示。
图5 I=3.0 mA 时，测得的光子计数率由此可以算出电流I=3.0 mA 时，测得的光子计数率平均值为73447.2。
（4）、背景光计数率测量如图6所示。
图6 背景光计数率测量由此可以算出背景光子计数率平均值为116.2。
（5）、根据式（3）、（4）计算光功率P和信噪比SNR①、I=2.0 mAP i1 =（52241.4 - 116.2）× 3.96×10-19 / 0.15 = 1.38×10-13 J/sSNR=（52241.4 - 116.2）/ sqrt（52241.4 + 116.2）= 227.8②、I=2.5 mAP i1 =（63752.0 - 116.2）× 3.96×10-19 / 0.15 = 1.68×10-13 J/sSNR=（63752.0 - 116.2）/ sqrt（63752.0 + 116.2）= 251.8③、I=3.0 mAP i1 =（73447.2 - 116.2）× 3.96×10-19 / 0.15 = 1.94×10-13 J/sSNR=（73447.2 - 116.2）/ sqrt（73447.2 + 116.2）= 270.4④、计算P oP o=AtαK(Ω1/Ω2)P式中A为窄带滤光片的透过率：20%； t=t1×t2×t3为滤光片组透过率：有T=2%×5%×10%=10-4 ；a为光学原件表面反射损失造成的总效率：0.6634 ；K为半透半反镜的透过率：22.2%；Ω1为光功率计接收面积S1相对于光源中心所张的立体角，Ω2为紧邻光电倍增管的光阑面积S2对于光源中心所张的立体角，本实验中Ω1/Ω2=0.018；带入上式有P o=0.2×0.0001×0.6634×0.222×0.018×P=5.3P×10-8六、思考题1、为什么由持续照射的光源得到的弱光信号可以用脉冲计数的方法检测？答：当被检测的光非常微弱时，光显示了粒子性。
可以认为光电检测器接收的是单个离散的光子，相应的电信号就是离散的电脉冲信号，因而可以用脉冲计数的方法检测。
在弱光探测中，一般都采用光电倍增管作为光子到电子的变换器。
图1给出了入射光强度逐渐减弱时，光电倍增管输出电流波形的观察结果。
当光流强度较大时, 从光电倍增管输出的信号是一直流电平上迭加闪烁噪声分量, 通常用直流电流表或电压表测得的便是其平均的直流分量。
随着光流强度的减弱, 光电倍增管输出光电流信号中的直流分量愈来愈小, 起伏的交流成分便愈来愈大, 成为一系列的脉冲信号, 到1016瓦的功率时, 1毫秒的时间内便只有极少几个脉冲, 有时甚至一个脉冲也不能观察到也就是说, 虽然信号光源是直流供电的, 但光电倍增管输出的光电流却是分立的尖脉冲。
光功率愈大, 脉冲的平均速率愈高。
当光功率足够强时, 这些脉冲就相互重迭, 连成一片, 而具有显著的直流分量。
这是因为光电倍增管系量子探测器件, 一个个光子撞击到光阴极上, 产生光电发射, 经倍增后, 在阳极上便可释放出大量的电荷而形成脉冲。
脉冲宽度与渡越时间分散及光电倍增管输出回路的时间常数有关。
当后者与前者相比小得可以忽略时, 则脉宽主要由渡越时间分散决定, 一般为10-30毫微秒左右。
此脉冲的平均速率与光子流的速率成一定的比例, 故而我们只要在一定时间内计数此光电子脉冲, 便等于检测了光流的强度。
由此可构成一种新的弱光检测方法, 即所谓光子计数。
2、测得的接收光功率Pi与推算的入射光功率P0是否一致？若不一致，是分析原因。
答：不一致。
可能的原因是为了观测需要本实验光功率偏大（不符合单电子计数条件），有明显的多电子条件，因而需要对计算结果P0乘一个系数得到Pi.。