单光子计数
单光子计数
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。
《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
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作用
将激光器产生的光子传输 到单光子计数器中。
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。
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。
单光子计数实验
实验十七单光子计数实验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。
它可以探测弱到光能量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。
通常的直流检测方法不能把淹没在噪声中的信号提取出来。
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f0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，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。
所以采用光子计数技术，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10－17W，这是其它探测方法所不能比拟的。
一、实验目的1、介绍这种微弱光的检测技术；了解SGD-2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。
单光子计数技术
在可见光的弱光探测中，通常利用光子的量子特征，选用后面图 2-5 所示的光电 倍增管作探测器件。 光电倍增管从紫外 到近红外都有很高的灵 敏度和增益。当用于非 弱光测量时，通常是测 量阳极对地的阳极电流 (如图 2-1(a))， 或测量阳 极电阻 RL， 上的电压(如 图 2-1(b))，测得的信号 电压(或电流)为连续信 号，然而在弱光
1
后续脉冲效应是指光电倍增管辐出一个光屯子脉冲后 ，由于管子结构上的原因，又有后续脉冲输出。
（2）光电倍增管的供电。通常的光电技术中，光电倍增管采用负高压供电， 如图 2-1 所示，即光阴极对地接负高压，外套接地。阳极输出端可直接接到放大 器的输入端。这种供电方式，光阴极及各倍增极(特别是第一、第二倍增极)与外 套之间有电位差存在， 漏电流能使玻璃管壁产生荧光， 阴极也可能发生场致发射， 选成虚假计数，这对光子计数来讲是相当大的噪声。为防止这种噪声的发生，必 须在管壁与外套之间放置一金属屏蔽层，金属屏蔽层通过一个电阻接到光阴极 上，使光阴极与屏蔽层等电位;另一种方法是改为正高压供电，即阳极接正高压， 阴极和外套接地， 但输出端需要加一个隔直流、 耐高压、 低噪声的电容(见图 2-6)。
图 2-9 光电倍增光脉冲高度 分布（积分）曲线
4.计数器(定标器)计数器的主要功能是在规定的测量时间间隔内把甄别器输 出的标准脉冲累计和显示。 为满足高速计数率及尽量减小测量误差的需要，要求 计数器的计数速率达到 100MHz。但由于光子计数器常用于弱光测量，其信号计 数率极低，故选用计数速率低于 10MHz 的定标器也可以满足要求。
E p hv
hc
(2-1)
例如，实验中所用的光源是波长为，λ= 500 nm 的近单色光，则 EP=3.96*10-19J。光流强度常用光功率 P 表示，单位为 W。单色光的光功率 P 与 光子流量 R(单位时间内通过某一截面的光子数目)的关系为:
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单光子计数【摘要】本实验主要学习了以PMT 为探测器的光子计数技术的基本实验方法，测量出了以中心波长为500nm的发光二极管作为光源时，系统最佳甄别电平为300mV ；在此甄别电平下研究了信噪比R SN 与测量时间t 和入射光光功率P 0的关系，得出了测量时间越大、入射光功率越小，信噪比越大的结论；最后研究了工作温度T 对暗计数率的影响，发现温度降低暗计数率减小至一定值后保持稳定的较小值，得出可以通过降温增大信噪比的结论。
【关键词】单光子计数，信噪比，甄别电平，暗计数率一、引言现代科学技术许多领域都会涉及微弱光信息的检测问题，微弱光信号是时间的上的比较分散的光子，因而由检测器（通常是光电倍增管，以下简称PMT ）输出的将是自然离散化的电信号。
针对这一特点发展起来的单光子计数技术，采用脉冲放大、脉冲甄别和数字计数技术，大大提高了弱光探测的灵敏度，一般可以优于10-17，这是其他弱信号探测方法所不能比拟的。
光子计数计数有如下优点：第一，有很高的信噪比，基本消除了PMT 的高压直流漏电流和各倍增极的热点子的发射形成的暗电流所造成的影响，可以区分强度有微小差别的信号，测量精度很高；第二：抗漂移性很好，在光子计数测量系统中，PMT 增益的变化/零点漂移和其他不稳定因素影响不大，所以时间稳定性好;第三：有比较宽的线性动态范围，最大计数率可单位多达107/s 。
本实验学习以PMT 为探测器的光子计数技术基本实验方法并通过实验了解光子计数方法和弱光检测中的一些特殊问题，确定了弱光测量需要的最佳甄别电平，研究了信噪比R SN 与积分时间t 和入射光功率P 0和的关系，以及工作温度T 对暗计数率的影响。
二、实验原理（一）物理原理 1、光子流量与光流强度光是由光子组成的光子流，单个光子的能量是E p 与光波频率ν的关系是p hcE h νλ==（1）其中，光子流量R 表示单位时间内通过的光子数，光流强度P 是单位时间内通过的光能量即光功率，且有p P RE = （2）当光流强度小于1610W -时通常称为弱光，此时可见光的光子流量可见到1ms 内不到一个光子，因此实验中的要完成的将是对单个光子进行进检测，进而得出弱光的光流强度，这就是单光子计数。
2、PMT 输出的信号波形PMT 是一种从紫外到近红外都有极高的灵敏度和超快时间响应的真空电子管类光探测器件，用于各种微弱光的测量。
其结构原理图如下：图 1 PMT结构示意图光阴极：吸收光子，发射出一些电子，产生的光电子数与入射到光阴极上的光子数之比为量子效率，一般小于30%；倍增极：光阴极上发射的电子经聚焦和加速打在第一倍增极上面，将在第一倍增极上打出几倍于入射电子数目的二次电子，按此方式接连经过几个或十几个倍增极的增殖作用后，电子数目最高可增加到108；阳极：收集所有的电子，在阳极回路中形成一个电脉冲信号，如图2所示。
脉冲宽度t w与PMT的时间特性以及阳极回路的时间常数R a C a有关，其中R a为阳极电阻，C a为阳极回路的分布电容与放大器的输入电容为阳极回路的分布电容与放大器的输入电容之和。
图 2 PMT阳极波形在非弱光测量中，由于光子通量比较大，测得的PMT输出信号为连续信号，如图3(a)。
而在弱光测量中，阳极回路中输出的是一个个离散的尖脉冲，如图3(b)。
只要用技术的平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。
图 3 PMT输出信号3、单光电子峰将PMT的阳极输出脉冲接到脉冲高度分析器，可以得到图4所示的单光子峰分布：图 4 PMT输出的脉冲幅度分布曲线形成这种分布的有以下几个原因：(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得少，因此前者在阳极上形成的脉冲幅度要比后者低.所以图2中脉冲幅度较小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图2中谷点的脉冲加以甄别，输出并计数显示，就可以实现高信噪比的单光子计数，大大提高检测灵敏度.（二）仪器原理1.光子计数器的组成光子计数器的组成原理图如下：图 5 光子计数系统PMT：适合于实验中工作波段的PMT，要求要有适当的阴极面积，量子效率高，暗计数率低没时间响应快，并且光阴极稳定性极高；放大器：作用是将PMT阳极回路输出的光电子脉冲线性放大，要求具有较宽的线性范围，上升时间小，噪声系数小；脉冲高度甄别器：只有当输入脉冲的幅度大于甄别电平时（图5中ULD和LLD分别是甄别器的上下阈值，即甄别电平），甄别器才输出一个具有一定幅度和形状的标准脉冲，如图6所示。
要求甄别电平稳灵敏度高、死时间小（当有一脉冲触发了甄别器中的线路以后，在他恢复以前的形状以前不能接受后续脉冲，这段时间称为死时间）；图 6 光子计数器甄别器作用计数器：作用是将甄别器输出的脉冲累积起来并予以显示。
2.光子计数器的噪声和信噪比测量弱信号最关心的是探测信噪比，因此必须分析光子计数系统中的各种噪声来源： (1) 泊松统计噪声用PMT 探测热光源发射的电子，相邻的光子达到光阴机上的时间间隔是随机的，对于大量粒子的统计结果服从泊松分布。
记载探测上一个光子后的时间间隔t 内，探测到n 个光子的概率为P(n,t)为()(,)!!nn Rt NRt e N e P n t n n ηη--==（3） 其中η为PMT 的量子效率，N Rt η=是时间间隔t 内PMT 光阴极发射的光电子平均数。
用均方根偏差表示不确定度，并将其称为统计噪声，计算得：σ===（4）因此统计噪声固有的信噪比为===SNR （5）(2) 暗计数PMT 的光阴及各个倍增极还有热电子发射，即使没有入射光也仍有暗计数，暗计数决定动态范围的下线。
以R d，信噪比降为==SNR （6）(3) 脉冲堆积效应计数率较高时的主要误差来源，限定计数的动态范围上限，超过上限就出现计数率损失的现象。
(4) 光子计数系统的信噪比在光子计数系统中，存在着光阴极和倍增极的热发射等引起的暗计数R d 。
当用分别测量暗计数平均值N d 和总计数平均值N t 的方法测量信号的计数时，测量结果的信噪比为==SNR （7）本实验中，信噪比计算式如下：SN R R ==（8）三、实验内容1、确定弱光测量需要的最佳甄别电平（1）测量弱光条件下光电倍增管的输出脉冲幅度分布曲线，初步确定甄别电平取值范围；（2）在确定范围内改变甄别电平，测量并计算信噪比，确定最佳甄别电平。
2、研究信噪比R SN与测量时间t和入射光功率P0的关系（1）保持入射光功率约为10-14，通过改变“积分时间”的设定测量信噪比与测量时间的关系；（2）保持“积分时间”为1s，通过选择衰减光片组和调整光源强度来改变入射光功率，测量信噪比与其的关系。
3、研究工作温度对暗计数率的影响通过半导体制冷机改变温度，在测量不同温度下的暗计数率。
四、实验结果与分析1、确定弱光测量需要的最佳甄别电平选择组合2345，σ=1.39×10-7，为使入射光功率为P0≈10-13，调节电源强度约为4μW，在计数系统软件中设置“起点”=10，“终点”=100，“积分时间”=1s，测量PMT输出脉冲幅度（较高支）与幅度微分（较低支）随电压的分布如图7：图7 脉冲幅度与微分分布在最小计数率对应的甄别电平附近，选定210mV~390mV的范围，并以10mV为测量间隔，测量不同甄别电平下的信噪比，结果如表格1：表格 1 不同甄别电平下的测量结果R 阈值电压（mV）总计数平均值t N暗计数平均值d N信噪比SN 21077605.2871363.04950495278.237925824081008.2574362.11881188284.29226426087777.4752565.16831683295.942838528094173.7128768.48514851306.5427482300101881.554568.24752475318.868303320111923.534779.158********.1949778350115896.722878.43564356340.0906174370 117044.138674.10891089341.7923338390 110542.376269.44554455332.1659435作信噪比R SN与阈值电压的关系图如图7所示：图8 信噪比与阈值电压的关系根据实验原理，已知在选择甄别电平时，电平过低无法除去背景噪声，电平过高会除去所需信号，所以根据图7中的脉冲幅度变化曲线与进一步精细筛选所获得的表格1与图8结果，我们可以将300mV确定为最佳甄别电平。
2、研究信噪比R SN与测量时间t和入射光功率P0的关系（1）信噪比与测量时间的关系保持入射光功率P0≈10-13W，设定“积分时间”分别为0.1s、1s、10s、25s、50s进行测量，测量计算得总计数平均值N t和暗计数平均值N d，并计算信噪比，结果如表格2：表格 2 不同测量时间下的测量结果积分时间t(s)总计数平均值N t暗计数平均值N d信噪比R SN0.1544.3206793 5.81718281722.9589889915520.75247575.2277227772.795017031055670.36364815.3636364230.805873825138891.62122.2364.2152564502772584161.333333514.8010623作信噪比R SN与测量时间时间的关系图：图9 信噪比与测量时间的关系曲线分析表格与图像可知，在测量同一功率下的光子信号时，积分时间t越长，总计数平均值N t与暗计数平均值N d越大，信噪比R SN越大，即测量效果越好，所以我们在测量中要选择适当长的测量时间，测量时间过短使信噪比大测量效果差，过长会无意义地增加实验时长，在本实验中选择t=1s，可以良好地满足测量要求。
（2）信噪比与入射光功率P0的关系令积分时间t=1s，通过选择减光片组和调整光源强度，改变入射光功率分别为10-12W、10-13W、10-14W、R，结果如表格3所示：10-15W、10-16W，测量总计数平均值N t和暗计数平均值N d，计算信噪比SN表格 3 不同入射光功率下的测量结果组合片衰减系数σ入射光功率P0(W)总计数平均值N t暗计数平均值N d信噪比R SN 235 1.14×10-6 1.026×10-1262173.2680.46248.86 2345 1.39×10-7 1.112×10-135294.3581.3171.10 1235 1.7×10-8 1.02×10-14647.6280.0221.04 12345 2.06×10-9 1.236×10-15143.7382.87 4.04 12345 2.06×10-9 4.12×10-1697.5682.87 1.09作信噪比R SN与入射光功率P0的关系图：图10 信噪比与入射光功率的关系曲线分析表格图像可知，在测量同一测量时间下的光子信号时，入射光功率P0越小，总计数平均值N t由于脉冲堆积效应会越小，暗计数平均值N d基本不变，因此信噪比R SN越大，即测量效果越好，所以我们在测量中要使入射光功率在能测量的范围内尽量小。