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光子計數器是一種基于直接探測量子限理論的極微弱光脈沖檢測設備。它利用光電倍增管的單光子檢測技術，通過對電子計數器鑒別并測量單位時間內的光子數，從而檢測離散微弱光脈沖信號功率。根據對外部擾動的補償方式，光子計數器分為三類：基本型、背景補償型和輻射源補償型。
光子計數器工作時，光電倍增管的光電陰極接受光輻射的照射，在光電倍增光的負載上形成了一系列的電脈沖，把它連接到放大器上。這些脈沖經放大器放大后，加在甄別器的輸入器上，甄別器濾除部分噪音脈沖，只允許那些和光輻射功率成正比的脈沖通過，并送入計數器。
(1)光電倍增管
光電倍增管(PMT)是一種高靈敏度電真空光敏器件，在弱光測量中，人們首先選用它人微言輕光信號的探測器件。光電倍增管由光窗、光陰極、倍增極和陽極組成。常用的光電倍增管有盒式結構、直線聚焦結構和百葉窗結構。
光窗：光線或射線射入的窗口，檢測不同的波長的光，應選擇不同的光窗玻璃。
光陰極：這是接受光子產生光電子的電極，它由光電效應概率大而光子逸出功小的材料制造。
倍增極：管內光電子產生倍增的電極，在光電倍增管的光陰極及各倍增極上加有適當的電壓，構成電子光學聚集系統。當光電倍增管光陰極產生的光電子打到倍增極上產生二次電子時，這些電子被聚焦到下一級倍增極上又產生二次電子，因此使管內電子數目倍增。倍增極的數目有8～13個，一般電子放大倍數達106-109。
陽極：這是最后收集電子的電極，經過多次倍增后的電子被陽極收集，形成輸出信號，陽極與末級倍增極間要求有最小的電容。
光電倍增管有兩種高壓偏置方式：一種是陰極接地，陽極接一個高的正電壓；另一種是陽極經過一個適當的負載電阻接地，而使陰具有一個高的負電壓。
光電倍增管性能的好壞直接關系到光子計數器能否正常工作。對光電倍增管的主要要求有：光譜響應適合于所用的工作波段，暗電流要小(它決定管子的探測靈敏度)；響應速速度快、后續脈沖效應小及光陰極穩定性高。
(2)放大器
放大器把光電倍增管陽極回路輸出的光電子脈沖及其他的噪聲脈沖線性放大，因而放大器的設計要有利于電子脈沖的形成和傳輸，要求：有一定的增益；上升時間，即放大器的通頻帶寬達100MHz；有較寬的線性動態范圍及低噪聲系數。
(3)甄別器
甄別器的作用是棄除低幅度的噪聲脈沖，降低光子計數器的背景計數率，提高檢測結果的信噪比。通過選擇甄別器的第一甄別電平V1和第二甄別電平V2，可實現只將陰極發射而形成的單光子脈沖和熱電子脈沖轉換為標準脈沖參加計數，而扣除掉其他噪聲脈沖。
甄別器可以具有第一甄別電平和第二甄別電平，兩者相差V。當V為允許脈沖通過的閥值時，這種方式稱之為窗式工作方式。V1和V2根據光電倍增管的脈沖幅度分布曲線設定，分別抑制脈沖幅度低的暗噪聲與脈沖幅度高的由宇宙射線和天電干擾等造成的外來干擾脈沖，經過甄別器鑒別的輸出信號是一個幅度與寬度標準化的脈沖，最后通過計數器或定標器記錄，可測得排除大部分噪聲的信號光子數，由于光子信號的半寬度約為10~30ns，因此放大器需要足夠的帶寬，常用的放大器帶寬為100~200MHz，上升及下降時間要求小于3ns，同時放大器還要求有好的線性度(<1%)和良好的增益穩定性，而放大倍數僅需10~200倍即可，計數器要求有較久販計數率，一般為100MHz，和有高的計數容量。
(4)計數器
計數器的主要功能是在規定的測量時間間隔內甄別器輸出的標準脈沖。要求計數器的計數速率達到100MHz。但由于光計數器常用于弱光測量,其信號計數率極低,故選用計數速率低于10MHz的計數器(定標器)也可以滿足要求。
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